马克斯·普朗克学会 在拓扑Weyl半金属(TaSe4)2I的电荷密度波(CDW)相的(620，000)主反射附近记录的x射线衍射强度
小(红色)指数标示卫星反射
CDW把威尔点联系起来，又把它们分开
学分:微观结构物理MPI 拓扑材料的特征在于独特的电子和物理性质，这些性质由它们的电子系统的底层拓扑决定
马克斯·普朗克微观结构物理研究所(哈雷)和固体化学物理研究所(德累斯顿)的科学家现在发现，(TaSe4)2I是电荷密度波引起半金属到绝缘体状态之间相变的第一种材料
哈雷马克斯·普朗克微观结构物理研究所、德累斯顿马克斯·普朗克固体化学物理研究所、牛津大学、中国科学院、麻省理工学院和普林斯顿大学的一个国际科学家小组发现了第一个相关驱动的拓扑半金属到绝缘体相变的例子
在过去的几年里，人们对拓扑材料领域越来越感兴趣，这种材料显示出从其电子系统的底层拓扑中得到的独特的电子和物理特性
(TaSe4)2I是一种不寻常的材料，已知它在低于室温时会因电荷密度波而发生结构变形
由于电子关联，系统中的电子气体对于电子电荷密度的长期周期性变化变得不稳定，该变化与晶体结构中原子位置的周期性调制密切相关
与此同时，这种相同的材料已被证明是一种特殊类型的拓扑金属，即韦勒半金属
这种拓扑金属有一个电子系统，显示线性分散的电子带相互交叉而不形成能带隙的威尔点
(TaSe4)2I中的这些Weyl点成对出现，每一个都有相反的手性，该论文的作者表明，(TaSe4)2I有24对这样的点，相应的巨大的所谓手性电荷为+16
在发表在《自然物理学》杂志上的这项研究中，国际团队使用了一套复杂的电子和晶体结构实验探针，其成员包括实验学家、马克斯·普朗克固体化学物理研究所所长克劳迪娅·费尔瑟、研究员霍尔格·迈尔海姆、马克斯·普朗克微观结构物理研究所所长斯图尔特·帕金、牛津大学陈昱霖和普林斯顿大学理论家安德烈·贝纳维格。 结果表明，这种化合物的拓扑性质与电荷密度波密切相关，电荷密度波的波矢来源于相反手性电荷的韦氏点之间的联系
“识别这种材料中的电荷密度波非常具有挑战性，但也非常令人兴奋
迈尔海姆指出:“我们需要使用非常明亮的x光源，例如，在格勒诺布尔的欧洲同步辐射装置，来寻找电荷密度波的非常微弱的衍射峰信号。”
当样品冷却时，强电子关联驱动系统进入电荷密度波状态，导致从拓扑维勒半金属到绝缘体的转变
与此同时，由同一组人在以前的论文中报道的新物理学出现在跃迁下方
“谁会相信我们会在这样一种一维材料中发现如此复杂的相关电子物理，”费尔泽评论道
这项工作显示了拓扑学和关联之间的密切联系，并提供了一种途径来观察轴子电子动力学的凝聚态实现——电场和磁场之间的一种新型耦合——在以前无法达到的状态下
虽然这是第一个例子，“我们对许多材料的电子结构的计算使我们确信，一定会有更多这样的系统，在这些系统中，相关性和顶极学相互交织在一起，”贝纳维格说，“我们很高兴在实验中寻找它们，”玉林补充说
通过操纵电荷密度波的开始，人们可以直接获得拓扑维勒半金属-轴子绝缘体跃迁
这些材料为未来电子设备的潜在应用提供了丰富的平台，这是一个新的领域，你可以称之为“超硬材料！”斯图亚特·帕金预测道
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