具有螺旋弧态的拓扑手性晶体的发现

材料中电子的量子行为奠定了现代电子与信息技术的基础。具有新颖电学与光学性质的量子材料已被提出作为下一前沿，但为实现其前景仍有诸多待发现之处。在此，我们报道首次在 RhSi 族手性晶体中观测到拓扑量子性质。我们证明该材料承载新颖物质相，展现出近乎理想的拓扑表面性质，这作为晶体结构手性（或手征性）的后果而出现。我们还证明该晶体表面的电子显示出高度不寻常的螺旋结构，其环绕两个高对称动量螺旋，标志着其拓扑电子手性。此类表面上的螺旋费米弧实验表征了由体态手性费米子产生的 $\pm{2}$ 拓扑荷。体态高重简并费米子的存在由晶体对称性保证，然而，为确定手性晶体中的拓扑荷，识别并研究螺旋弧态至关重要。值得注意的是，我们发现的这些拓扑导体展现出长度为 $\pi$ 的螺旋费米弧，横跨整个布里渊区，且比所有已知 Weyl 半金属中的大数个数量级。我们的结果展示了在具有螺旋费米弧表面态的结构手性晶体上的新颖电子拓扑物质态。在这些材料中实现的奇异电子手性费米子态可用于探测量子化光电流光学响应或手性磁效应及其光学版本，如 G. Chang \textit{et.al.,} `Topological quantum properties of chiral crystals' Nature Mat. 17, 978-985 (2018) 所述。