近日，中国中央电视台《新闻联播》栏目对我院曹桂新教授及其负责的在稳态强磁场实验装置上进行的实验进展进行了报道。
位于安徽合肥科学岛上的稳态强磁场实验装置，是“十三五”期间国家重大科技基础设施。场强创世界纪录的水冷磁体作为探索科学前沿的一种极端实验条件，在发现新现象催生新技术方面具有不可替代的作用。作为利用稳态强磁场实验装置进行研究的科研团队负责人，曹桂新教授说：利用强磁场诱导的量子材料在低温下的量子输运行为，可以帮助我们更好的了解材料的电子结构和基本物性，以帮助我们利用量子效应来进行器件和磁存储芯片的制备，这是跟十四五规划中所提到的量子科技紧密相关的量子材料。
曹桂新教授课题组主要致力于量子材料的设计与生长及其拓扑物态在宏观物理性质如磁学或电输运性质的探究。拓扑物态作为一种崭新的量子物态，是凝聚态物理领域最具吸引力的研究热点之一。一个“马克杯”可以像捏橡皮泥一样经过连续形变捏成一个“甜甜圈”，它们具有相同的且为整数的孔数；在物理学的电子层面上也具有这种不变的性质，称为拓扑不变量。研究量子材料的拓扑物态可以使我们更进一步探究奇妙的“量子世界”的微观机理，进一步可以设计和制造更精密且复杂的电子元器件。
在材料基因组工程的理念下，通过数据驱动的理论与实验紧密结合，我们可以深度发掘并探索量子材料的拓扑性质。通过第一性原理计算已成功预言了很多量子材料的非平庸拓扑态，但其实验验证辄待进一步研究。曹桂新教授指出，强磁场技术在量子材料筛选与拓扑性质验证及输运性质表征具有重要作用，外部磁场的存在可以打破材料的时间反演对称，从而产生更多新奇的拓扑态，为探讨材料在极端条件下体现的拓扑性质及其变化提供了重要手段。
曹桂新教授课题组紧密围绕材料基因组的理论指引和高通量等概念，利用理论计算预测其拓扑性质，结合相图及高通量理念生长了一系列狄拉克半金属和外尔半金属单晶体，通过测量表征来佐证其拓扑物态的存在，例如通过测量材料的量子振荡现象证明其拓扑非平庸，研究材料的一系列霍尔效应及其内禀机制；通过测量材料的负磁阻现象表征材料手性异常，从而为材料是否属于外尔半金属提供依据。这些工作不仅可以为量子材料的实际应用提供实验凭据，更是为丰富和更新材料的拓扑物态数据库、以及其它基于材料基因组理念的工程作出了贡献。这属于国家十四五规划中量子科技的一部分，对于社会生产生活具有重要的意义。