2020年，中國科學院院士、中科院物理研究所/北京凝聚態物理國家研究中心研究員方忠和物理所T03組博士生聶思敏（現為斯坦福大學博士后）、特聘研究員王志俊、研究員翁紅明、香港科技大學教授戴希等（Phys. Rev. Lett. 124, 076403 (2020)）合作，通過第一性原理計算和低能有效模型分析，預言EuB₆在順磁態是拓撲平庸的窄帶隙半導體，進入鐵磁態后，時間反演對稱破缺，交換場會導致能帶劈裂，自旋向上態的能隙減小而自旋向下態的能隙變大，最終自旋向上的能帶發生反轉，形成磁性拓撲半金屬態（圖1e）。2002年，Denlinger等人（Phys. Rev. Lett. 89, 157601 (2002)）利用角分辨光電子能譜（ARPES），測量了EuB6的電子結構，實驗結果顯示在順磁態的能帶結構有約1 eV的帶隙，與理論計算不符。

　　物理所EX7組博士生高順業和研究員錢天、研究員丁洪，EX10組博士后伊長江和研究員石友國，王志俊、中國人民大學博士生徐升和教授夏天龍、丹麥技術大學博士后李航、斯坦福大學博士后聶思敏等合作，利用同步輻射光源ARPES再次對EuB₆的電子結構進行測量，發現EuB₆（001）解理面存在Eu和B兩種截止面。在Eu截止面上觀測到的是懸掛鍵形成的平庸表面態，與早期的ARPES結果一致。在B截止面上，研究人員觀測到體態的能帶，與理論計算符合（圖2）。研究人員繼續測量了B截止面體態能帶隨溫度的變化，觀測到伴隨鐵磁轉變發生自旋劈裂和能帶反轉，在鐵磁態形成了時間反演對稱破缺的磁性拓撲半金屬態（圖3）。

　　與之前實驗證實的磁性拓撲半金屬材料相比，EuB₆磁性拓撲半金屬態的電子結構較理想，能帶交叉位于費米能級并且沒有其他能帶的干擾，有利于相關的拓撲物性的實現和研究，如在二維極限下EuB₆薄膜的量子反常霍爾效應。

　　相關研究成果發表在Physical Review X 11,021016 (2021)上，論文并列第一作者為高順業（實驗測量）、徐升（樣品制備）、李航（實驗測量）、伊長江（樣品制備），論文共同通訊作者為石友國、夏天龍、錢天。研究工作得到科學技術部、國家自然科學基金委、中科院等的支持。

　　論文鏈接 

圖1.EuB₆的計算電子結構和磁性質

圖2.順磁態下Eu截止面和B截止面的ARPES實驗結果

圖3.B截止面的溫度依賴ARPES實驗結果

圖4.鐵磁態下B截止面的面內和面外ARPES實驗結果