埃姆斯实验室 图1
EuIn2As2(右)中的复螺旋磁序支持轴子绝缘体状态，在被磁结构的蓝色箭头穿透并垂直于磁结构的蓝色箭头的表面上出现无间隙狄拉克锥(左)
这些表面支持无电阻手征传导
其他表面有间隙，并在样品边缘呈现半整数量子反常霍尔型传导
学分:艾姆斯实验室 美国科学家
S
能源部艾姆斯实验室已经观察到拓扑化合物EuIn2As2中的新型螺旋磁有序，它支持磁场可调谐的奇异导电
这一发现对功能拓扑性质的基础研究具有重要意义，有朝一日可能会在许多先进的技术应用中得到应用
大约15年前，拓扑材料出现在物理科学的舞台上，那是在它们的存在被理论化之后的几十年
之所以被称为“拓扑”，是因为它们的大电子带被“打结”在一起，拓扑绝缘体的表面“解开了结”，变成了金属
艾姆斯实验室拓扑半金属发展中心(CATS)的研究人员正在寻求发现、理解和控制这些材料的特殊导电特性
许多现代技术依赖于晶体材料，晶体材料是由形成晶格的重复(周期性)原子排列组成的固体
由于周期性，晶格在某些对称操作(例如平移、特定旋转、镜像和/或反转)之后看起来是相同的
这些对称性的存在与否影响电子能带拓扑和表面电子传导
磁性排序可以改变材料的对称性，为控制拓扑状态提供了额外的手段
在橡树岭国家实验室散裂中子源、麦吉尔大学和密苏里大学反应堆研究中心的科学家的合作下，CATS团队发现了EuIn2As2中低对称性螺旋磁有序的存在，它支持一种被称为轴子绝缘体的非常受欢迎的拓扑状态
这种状态与量子色动力学中的轴子粒子有相似之处，轴子粒子是暗物质的候选成分
在固态材料中，它在磁性和电性之间提供了显著的平行耦合
在EuIn2As2的复杂螺旋磁有序的存在下，轴子态导致了称为狄拉克锥的表面电子光谱的拓扑特征
当狄拉克锥出现在被磁有序的基本轴穿透的材料表面上时，该锥没有能隙，并且该表面表现出与电子自旋方向相关的无电阻传导
其他表面有间隙狄拉克锥和支持半整数量子化导电
研究人员预测，施加相对温和的磁场会改变哪些表面支持哪种类型的狄拉克锥，从而调整表面传导
通过磁场在表面状态之间切换的能力提供了一种实验途径来检验其拓扑状态的独特性质
这种可调谐性对于高精度传感器、无电阻纳米线、磁存储介质和量子计算机等技术也很有前景
未来的研究将着眼于应用磁场时的大块晶体，并将合成和研究纳米级薄膜，以便为技术应用铺平道路
《自然通讯》上发表了这篇题为“EuIn2As2中磁性晶体对称保护的轴子电动力学和场可调的非钉扎狄拉克锥”的论文
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