时间反演对称和能带拓扑的相互作用是拓扑物态研究的关键之一。在时间反演不变体系中，宇称相反的自旋简并能带发生反转会导致非平庸拓扑态的产生，如量子自旋霍尔效应的实现和狄拉克半金属的发现。然而，在磁性材料中，磁有序会破缺时间反演对称，宇称相反的自旋劈裂能带发生反转会产生更多新奇的拓扑态，如量子反常霍尔效应和磁性外尔半金属态，这是当前凝聚态物理领域的前沿热点研究之一。
　　2020年，中国科学院院士、中科院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心研究员方忠和物理所T03组博士生聂思敏（现为斯坦福大学博士后）、特聘研究员王志俊、研究员翁红明、香港科技大学教授戴希等（Phys. Rev. Lett. 124, 076403 (2020)）合作，通过第一性原理计算和低能有效模型分析，预言EuB6在顺磁态是拓扑平庸的窄带隙半导体，进入铁磁态后，时间反演对称破缺，交换场会导致能带劈裂，自旋向上态的能隙减小而自旋向下态的能隙变大，最终自旋向上的能带发生反转，形成磁性拓扑半金属态（图1e）。2002年，Denlinger等人（Phys. Rev. Lett. 89, 157601 (2002)）利用角分辨光电子能谱（ARPES），测量了EuB6的电子结构，实验结果显示在顺磁态的能带结构有约1 eV的带隙，与理论计算不符。
　　物理所EX7组博士生高顺业和研究员钱天、研究员丁洪，EX10组博士后伊长江和研究员石友国，王志俊、中国人民大学博士生徐升和教授夏天龙、丹麦技术大学博士后李航、斯坦福大学博士后聂思敏等合作，利用同步辐射光源ARPES再次对EuB6的电子结构进行测量，发现EuB6（001）解理面存在Eu和B两种截止面。在Eu截止面上观测到的是悬挂键形成的平庸表面态，与早期的ARPES结果一致。在B截止面上，研究人员观测到体态的能带，与理论计算符合（图2）。研究人员继续测量了B截止面体态能带随温度的变化，观测到伴随铁磁转变发生自旋劈裂和能带反转，在铁磁态形成了时间反演对称破缺的磁性拓扑半金属态（图3）。
　　与之前实验证实的磁性拓扑半金属材料相比，EuB6磁性拓扑半金属态的电子结构较理想，能带交叉位于费米能级并且没有其他能带的干扰，有利于相关的拓扑物性的实现和研究，如在二维极限下EuB6薄膜的量子反常霍尔效应。
　　相关研究成果发表在Physical Review X 11,021016 (2021)上，论文并列第一作者为高顺业（实验测量）、徐升（样品制备）、李航（实验测量）、伊长江（样品制备），论文共同通讯作者为石友国、夏天龙、钱天。研究工作得到科学技术部、国家自然科学基金委、中科院等的支持。
　　论文链接 
　　图1.EuB6的计算电子结构和磁性质
　　图2.顺磁态下Eu截止面和B截止面的ARPES实验结果
　　图3.B截止面的温度依赖ARPES实验结果
　　图4.铁磁态下B截止面的面内和面外ARPES实验结果