保罗·舍勒研究所 PdGa晶体可以用两种不同的结构手性(左和右列)生长
这两种对映异构体具有镜像晶体结构(第二行)，如在电子反射图案中所见(第三行)
Schrö ter等人
现在证明利手也反映在费米表面的结构中(底部一行)，这决定了材料的电子行为
两个复合词都显示最大Chern数，但符号相反，分别为+4和-4
(改编自参考文献
一个
学分:保罗·舍勒学院/尼尔斯·施罗特 在拓扑材料中，电子可以表现出与“传统”物质根本不同的行为，许多这种“奇异”现象的大小与一个被称为陈氏数的实体成正比
新的实验首次证实，理论上预测的最大陈氏数可以在真实材料中达到——并得到控制
当瑞典皇家科学院将2016年诺贝尔物理学奖授予大卫·索尔斯、邓肯·霍尔丹和迈克尔·科斯特利兹时，他们称赞这三人“打开了一扇未知世界的大门，在那里物质可以呈现出奇怪的状态”
“拓扑相变和物质拓扑相的发现并不奇怪，这三位理论家为此做出了极其重要的贡献，它们已经发展成为当今凝聚态物理中最活跃的研究领域之一
例如，拓扑材料有望产生新型电子元件和超导体，它们在物理和数学领域有着深厚的联系
虽然新现象经常被发现，但仍有一些基本问题有待解决
其中之一就是真实物质中的拓扑现象有多强
为了解决这个问题，由防扩散安全倡议博士后研究员尼尔斯·施罗特领导的国际研究小组现在提供了一个重要的基准
他们在《科学》杂志上写道，他们在实验中观察到拓扑半金属钯镓(PdGa)拓扑现象中最常见的分类器之一，Chern数，可以达到任何金属晶体中允许的最大值
这在真实材料中是可能的，这在以前从未被证明过
此外，该团队已经建立了控制车尔号符号的方法，这可能会为探索和利用拓扑现象带来新的机会
发展到最大 在理论工作中，已经预言在拓扑半金属中，陈氏数不能超过4的数量级
手性晶体被提出来作为显示这种最大Chern数现象的候选系统
这些材料的晶格结构具有明确的旋向性，也就是说，它们不能通过旋转和平移的任何组合转换成它们的镜像
已经研究了几种候选结构
然而，对陈省身数为正负4的结论性实验观察仍然难以捉摸
以前的努力尤其受到两个因素的阻碍
首先，实现最大Chern数的先决条件是自旋轨道耦合的存在，并且至少在迄今为止研究的一些材料中，耦合相对较低，使得难以解决感兴趣的分裂
第二，制备相关晶体的干净和平坦的表面具有很高的挑战性，因此光谱特征往往会被洗掉
Schrö ter等人
通过使用PdGa晶体克服了这两个限制
这种材料表现出很强的自旋轨道耦合性，并且已经有很好的方法来制造完美的表面
此外，在位于PSI的瑞士光源的高级共振分光镜(ADRESS)束线中，他们拥有高分辨率ARPES实验的独特能力，因此能够解析预测的信号分光镜模式
结合在钻石光源(英国)的进一步测量和专门的从头计算，这些数据揭示了在光子晶体镓的电子结构中的硬而快速的签名，这使得毫无疑问最大的陈氏数已经实现
陈省身号码上的一只手 这个团队更进一步，超越了对最大陈氏数的观察
他们表明，PdGa晶体的手性性质也为控制该数字的符号提供了可能性
为了证明这种控制，他们用左手或右手培养样本(见图)
当他们观察这两种对映异构体的电子结构时，他们发现晶体的手性反映在电子波函数的手性上
综上所述，这意味着在手性半金属中，可以在晶体生长过程中确定的旋向性可以用来控制由材料中电子的行为产生的拓扑现象
这种控制开启了一个新的实验宝库
例如，在不同的对映体之间的界面上可能会出现新的效应，一个是Chern数+4，另一个是-4
应用也有很好的前景
手性拓扑半金属可以承载迷人的现象，如量子光电流
有趣的是，偏微分方程因其催化性质而闻名，这引发了关于拓扑现象在这种过程中的作用的问题
最后，现在从PdGa获得的发现来自许多其他手性化合物共有的电子带性质——这意味着施罗德和他的同事们现在冒险进入的“物质可以呈现奇怪状态的未知世界”的角落可能有更多的东西可以提供
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