作者:埃里卡·克
宾夕法尼亚大学布罗克梅尔 去年，研究生倪卓亮正在用单硅化钴(CoSi)进行光脉冲激光实验，看看他们是否能使用这种金属合金将光转化为电流
他们收集的数据似乎表明CoSi可能有一些独特的拓扑特征，这导致了该小组在PNAS的最新出版
(大流行前照片)
学分:宾夕法尼亚大学 一项新的研究首次提供了金属合金一氧化二钴中奇异粒子的证据，这种奇异粒子被称为四重拓扑准粒子
这份综合分析发表在《美国国家科学院院刊》上，它将实验数据与理论模型相结合，提供了对这份材料的详细理解
这些见解可用于设计这种和其他具有独特和可控特性的类似材料
这一发现是宾夕法尼亚大学、弗里堡大学、法国国家科学研究中心(CNRS)、马克斯·普朗克固体化学物理研究所和马里兰大学的研究人员合作的结果
支撑拓扑绝缘体(具有导电表面和绝缘核心的材料)的理论是由2019年基础物理学突破奖得主、宾夕法尼亚大学的查理·凯恩和尤金·梅勒首创的
通过他们在拓扑和对称性方面的理论贡献，凯恩和梅勒假设了这种新型材料的存在，这种新型材料可以用来制造高效电子器件或量子计算平台
“但是所有理论家的愿望都是将他们的工作转化为现实世界，”化学家安德鲁·M
拉普与凯恩和梅勒合作，探索发现具有这些奇异特性的真实世界材料的方法
“最近聘请吴亮教授将我们的拓扑物理小组带到了一个新的水平，在这个水平上，我们可以了解材料并观察它们的性质，所有这些都处于一个紧密的协作循环中
" 自2018年来到宾夕法尼亚大学以来，吴和他的实验室一直使用光学实验来研究光如何与拓扑材料相互作用，并对验证关于这类材料的一些现有理论感兴趣
去年，研究生倪卓亮正在用单硅化钴(CoSi)进行光脉冲激光实验，以更好地理解拓扑和非线性光学之间的关系，并看看他们是否可以使用这种材料将光转化为电流。
他们收集的数据似乎表明CoSi可能有一些独特的拓扑特征
“我意识到光导电性本身有一些有趣的东西，”吴说，然后他联系了梅勒和拉普来发展一个理论来帮助解释他们的实验结果
虽然CoSi以前已经被研究过，但吴的实验室收集的新数据比以前的工作质量更高，这使得研究人员能够开发一个模型，为他们的发现提供更强有力的解释
三重和四重费米子示意图
这些奇异的粒子在粒子物理学中没有已知的对应物，但是在这篇论文中，研究人员使用实验数据和理论建模的组合证明了它们在CoSi中的存在
信用:rn Venderbos 拉普说:“拓扑物理的预测表明，这种材料应该具有一些令人兴奋的特性，例如随着光子能量的增加，线性光学电导率会增加，但是一种真正的材料同时会有许多现象发生。”
“理论家逐渐使他们的模型更加复杂和现实，而实验学家则考虑其他特征来简化实验演示
这就是我们对哪些特征可以归因于拓扑性质达成一致的方式
" 经过近一年的数据分析和对不同理论的反复研究，其中一个突出的问题是，从简单到复杂，这些模型之间的一致性有多好
领导这项研究理论部分的研究生姚震·方说:“我们自己看到这种程度的一致令人惊讶。”
“有些模型纯粹是从物理理论推导出来的，有些是从第一原理方法推导出来的数值模型，所以观察到它们之间的这种一致性是令人惊讶的
" 吴说，现在，得益于更清晰的数据和稳健的理论模型的结合，本文所展示的理论和实验之间的这种凝聚力代表着向前迈进了一大步
“实验和理论之间的一致性非常好，”他补充道
“在这里，我们提供了一个实验和理论理解综合结合的例子，这可以应用于未来将发现的许多其他新材料或新系统
" 因为CoSi属于具有非常普通的晶体结构的材料家族，所以该材料可以用于具有磁性的合金，该合金被设计成具有更复杂的拓扑磁性，因为它能够逐原子控制它们的设计
拉普说，这项工作也展示了佩恩在拓扑物理方面的专业知识，并为该大学在该领域的未来实验和理论进展铺平了道路
“我们现在有一个充满活力的团队，融合了拓扑电子学和光子学的努力，”他说
“拓扑物理学正在发展，我们已经开辟了一条道路，其他人可以用其他材料来设计理想的光电特性
"
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