近日，北京理工大学物理学院王秩伟教授、姚裕贵教授团队与普林斯顿大学 M.Z.Hasan 团队合作，首次在三维晶体材料Ta?Pd?Te?中实验观测到拓扑激子绝缘体的存在，并进一步发现其具有动量序可调的激子凝聚态。这一成果为探索关联电子体系中的拓扑量子态提供了全新平台。相关研究成果以“Topological excitonic insulator with tunable momentum order”为题发表在《Nature
Physics》上。北京理工大学硕士生吴黄宇（现为北理工材料学院在读博士生）为论文共同第一作者，北京理工大学王秩伟教授为论文共同通讯作者。
激子绝缘体作为一种奇特量子物态，自1964年理论预言以来长期备受关注。其核心特征为电子-空穴对（激子）自发凝聚形成玻色-爱因斯坦凝聚态，从而打开能隙，实现无耗散能量传输。然而，传统激子绝缘体常伴随显著结构相变，导致其物理机制难以明确区分。绝大多数候选体系均伴随强烈结构相变，难以厘清“电子关联”与“晶格作用”的贡献。寻找结构耦合较弱、拓扑性质明确的新型激子绝缘体材料成为国际前沿难题。
在本工作中，研究团队首先制备了高质量的层状材料Ta?Pd?Te?单晶，首次观测到双重激子凝聚相：在100 K时由半金属态进入零动量激子凝聚态，4.2 K时进一步发生有限动量二次激子凝聚。团队通过极化角分辨光电子能谱测试发现，低温下电子能带发生轨道杂化，镜面对称性破缺，证实激子凝聚驱动了拓扑相变。同时，扫描隧道谱观测到体绝缘能隙，与理论模型预言的拓扑边缘态高度吻合。更令人惊奇的是，在外加磁场调控下，体系展现出动量序的可调性，为研究拓扑相变临界行为与对称性调控提供了实验窗口。
该研究首次在三维晶体中证实了拓扑激子绝缘体的存在，揭示了电子关联与拓扑序的协同效应。其弱结构耦合特性为解析激子凝聚的纯粹物理机制提供了理想模型，有望推动对量子临界现象与拓扑激发态的深入理解。此外，拓扑边界态的无耗散输运特性为未来量子器件设计开辟了新方向。
图1. Ta?Pd?Te?的实空间表征，显示了T=?100?K附近绝缘体带隙的变化
图2. Ta?Pd?Te?低温电子相中，带间杂化和镜像对称破缺的特征
