磁性拓扑晶体的发现

Ilya Belopolski

磁性拓扑晶体的发现

强关联电子 2020-11-03 v1 介观与纳米尺度物理材料科学

作者: Ilya Belopolski

摘要

物质的拓扑相已在物理学中建立了新范式，将量子现象带到宏观尺度并承载奇异的涌现准粒子。在本论文中，我与我的合作者通过理论及实验证明了首个 Weyl 半金属 TaAs，利用角分辨光电子能谱（ARPES）直接观测其涌现的 Weyl 费米子与拓扑 Fermi 弧表面态 [Science 349, 6248 (2015); Nat. Commun. 6, 7373 (2015); PRL 116, 066802 (2016)]。接着，我在手性晶体 RhSi 和 CoSi 中发现高简并度拓扑手性费米子，其具有宽阔的拓扑能窗、动量空间中的最大分离以及巨大的 Fermi 弧 [Nature 567, 500 (2019); Nat. Mat. 17, 978 (2018)]。我建立了结构手性与拓扑手性之间的自然联系，关联于一种稳健的拓扑态，我们预言其支持四单位量子化光生伏打效应 [PRL 119, 206401 (2017)]。我还讨论了首个量子拓扑超晶格，由交替的拓扑与平庸绝缘体组成的多层异质结构 [Sci. Adv. 3, e1501692 (2017)]。每个界面的 Dirac 锥跨层隧穿，形成以 Dirac 锥作为原子轨道的涌现原子链。我实现了超晶格内跃迁幅度的前所未有的控制，实现了拓扑相变。最后，我在 Co $_2$ MnGa 中发现室温拓扑磁体 [Science 365, 1278 (2019); PRL 119, 156401 (2017)]。我通过 ARPES 观测到拓扑 Weyl 线与鼓面表面态，展示了由材料本征磁序支撑的拓扑不变量。我还发现 Co $_2$ MnGa 中的大反常霍尔效应源于 Weyl 线。我希望我对 Co $_2$ MnGa 的发现将拓扑磁性确立为凝聚态物理的新前沿。

关键词

拓扑晶体 Weyl 半金属手性费米子拓扑超晶格拓扑磁体角分辨光电子能谱凝聚态物理

引用

@article{arxiv.2011.00036,
  title  = {Discovery of magnetic topological crystals},
  author = {Ilya Belopolski},
  journal= {arXiv preprint arXiv:2011.00036},
  year   = {2020}
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备注

Ph.D. Thesis. Based on arXiv:1502.03807, arXiv:1501.00755, arXiv:1703.04537, arXiv:1601.04327, arXiv:1509.07465, arXiv:1604.07079, arXiv:1512.09099, arXiv:1612.05990, arXiv:1610.02013, arXiv:1812.04466, arXiv:1712.09992 and arXiv:2004.00004. Available at http://arks.princeton.edu/ark:/88435/dsp01zs25xc34m

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