研究表明螺旋晶体是量子物质的一种新状态

拓扑材料具有非凡的抗缺陷欧洲杯足球竞彩性能，有望在量子计算、光学、电子学和其他领域得到应用。现在，这些所谓材料的实现为材料发现开辟了一个新的领域。欧洲杯足球竞彩

到目前为止，许多强烈研究的拓扑材料被认为是拓扑绝缘体。欧洲杯足球竞彩预计它们的表面将以非常最小的电阻进行电力，略微类似于超导体，但没有必要的是非常寒冷的温度，而电流不是由其内部进行的，也就是说，即所谓的“散装”的材料。

现在，一个研究小组正在劳伦斯伯克利国家实验室（伯克利实验室）能源部已经确定了最强大的拓扑导线，以薄晶样品的形式具有螺旋楼梯的结构。研究人员研究了拓扑手性晶体的晶体，已在3月20日发表^TH.， 2019年版自然．

这项新研究的重点是薄晶体样品中的螺旋状结构，即类似dna的螺旋结构。这个结构显示了手性或“利手性”——因为一个人既可以是右撇子，也可以是左撇子，而且右手是左手的镜像。在某些情况下，手性可以被翻转，就像右撇子变成左撇子一样。

在这项新作品中，我们基本上证明这是一种新的量子物质状态，这也表现出几乎理想的拓扑表面性质，这些性能是由于晶体结构的手性的结果出现。

M. Zahid Hasan，伯克利实验室材料科学部客座教授。欧洲杯足球竞彩欧洲杯线上买球

哈桑是拓扑材料的先驱，领导了材料理论和实验。欧洲杯足球竞彩他也是普林斯顿大学希金斯物理学教授。

一个定义拓扑电导率的属性——它与材料表面的电导率有关——被确定为比以前发现的拓扑金属大大约100倍。

这一特性被称为表面费米弧，在伯克利实验室的先进光源(ALS)的x射线实验中，借助一种叫做光谱学的方法发现了。这款名为ALS的同步加速器可以产生从红外线到高能x射线的强大光线，可用于许多同时进行的实验。

众所周知，拓扑是一个被证明的数学概念，它涉及到即使一个物体以其他方式变形或拉伸，也能保持其几何特性。它在3D电子材料中的一些实验应用，如识别材料电子结构中的拓扑行为，只是在过去10年才实现的，伯克欧洲杯足球竞彩利实验室早期和持续的贡献。

经过12年多的拓扑物理和材料研究，我相信这只是冰山一角。欧洲杯足球竞彩根据我们的测量，这是迄今为止发现的最坚固、拓扑保护最好的导体金属，它将我们带到了一个新的领域．

M. Zahid Hasan，伯克利实验室材料科学部客座教授。欧洲杯足球竞彩欧洲杯线上买球

术语“拓扑保护”意味着材料的某些特性是一致的，即使所讨论的材料是不完美的。同样的质量也加强了这种材料的制造和实际应用的未来潜力。欧洲杯足球竞彩

参与实验和理论上的普林斯顿研究员Ilya Belopolski观察到分析的晶体，含铑和硅晶体的分析晶体的特异性特性是它们能够产生固定的电流当光线照亮时的强度。

我们以前的理论表明，基于我们现在观察到的材料的电子特性 - 当前将在特定值下固定。样本有多大，或者它是否脏了，这并不重要。这是一个普遍的价值。太棒了。对于应用程序，性能将是相同的．

Ilya Belopolski，普林斯顿大学研究员。

在ALS早期的实验中，哈桑的小组证明了一种被称为韦尔费米子的无质量准粒子的存在，这种准粒子在理论上已经存在了大约85年。欧洲杯猜球平台

半牙齿的人造晶体，称为钽砷，含有威尔码头，其向新研究中施加的晶体中观察到的那些，缺乏它们的手性特性。半塑性材料是一组含有一些非金属和金属性质的材料。欧洲杯足球竞彩

”我们对Weyl Semimetals的早期工作铺平了对异国情调拓扑导线的研究路径,”哈桑说。

在2017年11月的一项研究中，专注于这些异常材料的概念，Hasan的集团估计铑 - 硅中的电子以及许多相关材料以相当独特的方式表现。欧洲杯足球竞彩

该研究小组预测，这种材料中的准粒子(由电子的整体运动阐明)演化得像无质量电子，应欧洲杯猜球平台该像慢速的三维(3D)轻粒子，具有明确的手性或手性特性，与石墨烯或拓扑绝缘体不同。

此外，该小组的计算结果于10月1日公布^英石， 2018年，在自然材料欧洲杯足球竞彩他提出，在晶体中，电子会集体行动，就像它们在运动中是磁单极子一样。磁单极是一种理论上只有一个磁极的粒子，类似于地球缺少南极，而南极可以独立欧洲杯猜球平台于北极而移动。

Hasan观察到这种非凡的拓扑行为朝着水晶样品的手性性;该样品产生“螺旋”或螺旋电子结构，如实验中所述。

一些国际来源已经准备了分析样品，其中含有直径约几毫米的晶体。该晶体的特性是由普林斯顿拓扑量子物质和高级光谱实验室的哈桑团队使用低温扫描隧道显微镜完成的，该显微镜能够在原子尺度上扫描样品。这些样品随后被送往伯克利实验室。

在ALS实验室对这些样本进行研究之前，它们在伯克利实验室的纳米级科学研究设施——分子铸造中心(molecular Foundry)接受了专门的抛光处理。欧洲杯线上买球普林斯顿大学(Princeton University)的研究人员泰勒·科克伦(Tyler Cochran)和丹尼尔·桑切斯(Daniel Sanchez)参与了这项研究。他们表示，用于这类分析的样本通常是破碎的，或被“劈开”的，因此它们在原子水平上是扁平的。

然而，在这种情况下，随着晶体具有立方形状，晶体键非常强。因此，团队成员与分子铸造厂的工作人员合作，在晶体样品上排出高能氩原子，以平坦和清洁它们。在此之后，通过加热过程重结晶并抛光样品。

在ALS实验室，研究人员使用了两种不同的x射线束——Beamline 10.0.1和Beamline 4.0.3——来揭示晶体样品的非凡自旋和电子特性。

Hasan补充说，由于晶体样品中的电子行为似乎模仿了晶体结构中的手性，因此有许多其他途径可以探索，例如，测试超导性是否可以通过其他类型的材料传输到拓扑导体。欧洲杯足球竞彩

这可能导致新型超导体，或者探索新的量子效应。有可能有手性拓扑超导体吗？

M. Zahid Hasan，伯克利实验室材料科学部客座教授。欧洲杯足球竞彩欧洲杯线上买球

此外，Hasan说，虽然在新的研究中钴硅和铑硅晶体中看到的拓扑特征被认为是完美的，许多其他已经确定的材料可能被检查，以评估它们在实际应用中更好的性能的潜力。欧洲杯足球竞彩

”事实证明，在未来，同样的物理也可能在其他更适合设备的化合物中实现,”他说。

”当你预测一些奇异的东西时，这是一种巨大的满足感，它也出现在实验室的实验中Hasan补充道，并指出他的团队此前在估计材料的拓扑性质方面取得了成功。欧洲杯足球竞彩”通过明确的理论预测，我们将理论与实验相结合，推进知识前沿”。

分子铸造厂和先进光源是能源部科学用户设施办公室。欧洲杯线上买球

该研究还包括路易斯安那州立大学的研究人员;重金属计算;北京大学，Quantum的协作创新中心，以及中国科学院大学的中国;欧洲杯线上买球中国中华女学术界和国立成功大学台湾;和德国固体的最大普朗克化学物理研究所。

该研究得到了美国能源部科学办公室、中国国家自然科学基金、国家重点研发计划、中国科学院重点研究计划、中国科学院创新材料与分析技术探索计划、中欧洲杯线上买球国科学院创新材料与分析技术研究计划、中国科学院创新材料与分析技术研究计划等的支持。欧洲杯足球竞彩台湾科学技术部青年学者奖学金、台欧洲杯线上买球湾国立成功大学、台湾国家理论科学中心、ERC高级基金、加州大学伯克利分校米勒基础科学研究所客座教授等。

这个动画展示了费米电弧状态是如何在作为拓扑导体的晶体材料中形成螺旋结构的。(资料来源:普林斯顿大学哈桑实验室)