近期，物理学院牛成旺教授与德国于利希研究中心合作，在Nature Communications国际期刊发表题为“Mixed topological semimetals driven by orbital complexity in two-dimensional ferromagnets”研究工作（Nat. Commun.,2019,10,3179,影响因子为11.878）。牛成旺教授为该论文的共同第一作者和独立通讯作者，山东大学为第一作者单位。

拓扑半金属是一类全新的拓扑量子态，根据其能带结构的不同又可以划分为狄拉克半金属、外尔半金属和节线半金属等。新奇的能带结构使得拓扑半金属具有奇异的物理性质，引起了人们极大的关注。然而，其材料的实现和拓扑物性的研究大多集中在三维体系中，对二维拓扑半金属的研究严重滞后。如目前理论预言的二维节线半金属均需忽略自旋轨道耦合作用，对研究二维节线半金属的奇异性质极为不利。此外，根据外尔方程，外尔半金属需在奇数空间（如三维）中才能实现，这对外尔半金属在二维体系中的实现也蒙上了一层神秘“面纱”。

该工作提出了基于二维铁磁体的混合拓扑半金属（mixed topological semimetals）的新概念。研究发现，自旋方向对二维体系的拓扑性质具有有效的调控作用，因此，本研究将自旋方向与二维动量空间相结合，够成三维混合空间，并在该混合空间中理论证明了拓扑半金属实现的可能性。此外，由于体系中对称性的不同，能带交叉点又可呈现出不同的维度，即分别实现了零维的混合外尔半金属和一维的混合节线半金属。研究结果大大拓展了人们对二维拓扑半金属的理解和认识，同时在新型拓扑量子器件的设计中也具有重要的应用价值。

牛成旺教授为山东大学物理学院硕博连读博士毕业，研究生期间就跟从戴瑛教授从事计算材料科学和拓扑量子态等领域的相关研究。一系列的研究工作在Nature Communications、Nano Letters、Physical Review B、Applied Physics Letters等期刊发表SCI论文40余篇。2018年10月获聘山东大学齐鲁青年学者加盟物理学院戴瑛教授团队。

该研究工作得到了晶体材料国家重点实验室、山东省自然科学基金和山东大学齐鲁青年学者计划的支持。