外尔半金属材料拥有线性色散的外尔锥和独特的手性电子，能够表现出如反常霍尔效应、拓扑费米弧、手性异常负磁电阻等新奇拓扑物性，在新型的量子器件中具有重要的应用价值。此前，人们在TaAs [Science 2015, 349, 613-617]、WTe₂ [Phys. Rev. B 2016, 94, 195134]、 Co₃Sn₂S₂ [Science 2019, 365, 1282-1285]等多种三维材料中发现了外尔费米子特征。近些年来，量子器件的小型化需求让人们更加关注低维材料。然而，低维拓扑材料的研究进展相对缓慢，具有外尔费米子的二维材料仍然有待理论和实验的探索。

　　中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心表面国家重点实验室SF09组的冯宝杰特聘研究员、陈岚研究员和吴克辉研究员长期从事低维拓扑材料的制备和物性调控，近年来发现了多种新型的低维拓扑材料，比如狄拉克电子材料硅烯、硼烯和单层AlB₂ [PRL 122, 196801 (2019); PRL 118, 096401 (2017); PRB 101, 161407(R) (2020)]、二维狄拉克节线半金属Cu₂Si [Nat. Commun. 8, 1007 (2017)]、二维外尔节线半金属GdAg₂ [PRL 123, 116401 (2019)]、人工石墨烯晶格单层C₆₀ [PRB 102, 201401(R) (2020)]、一维狄拉克材料硅纳米带[Nano Lett. 22, 695 (2022)]以及呼吸笼目半导体Nb₃Cl₈ [Nano Lett. 22, 695 (2022)]等。

　　最近，冯宝杰特聘研究员、陈岚研究员和吴克辉研究员指导的博士生蔡志浩，与SF10组孟胜研究员指导的博士生曹海军、HM-T03组王志俊研究员指导的博士生盛昊昊、北京理工大学的姚裕贵教授、松山湖材料实验室的黄嘉伟博士、日本广岛大学的Kenya Shimada教授合作，首次在单层PtTe_1.75样品中发现了二维外尔费米子。

　　利用分子束外延技术，他们在Pt(111)衬底上制备出了高质量大面积的单层PtTe_1.75样品。利用角分辨光电子能谱技术，他们直接观测到了样品中存在外尔费米子，与第一性原理计算结果高度一致。利用同步辐射光源，通过改变入射光子的能量，他们证实了外尔锥的二维性，与此前报道的三维外尔半金属具有显著的区别。此外，单层PtTe_1.75在空气和有机溶液中都很稳定，因此可以进行非原位的测量。他们发现，该材料在1220-1400 nm波段具有良好的二次谐波响应。

　　这项工作将外尔费米子从三维材料拓展到了二维材料，为人们研究二维极限情况下的拓扑态提供了新的平台。这一成果以“Evidence for Two-Dimensional Weyl Fermions in Air-Stable Monolayer PtTe_1.75”为题发表在近期的Nano Letters上（https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.4c02580）。该工作得到了北京市、基金委、科技部和中国科学院等的资助。

图1：单层PtTe_1.75中二维外尔费米子的理论计算。 

图2：单层PtTe_1.75/Pt(111)的形貌表征和结构模型。

图3：能带结构的ARPES观测与理论计算。