无序手性金属中几何强制拓扑手性费米子

自从预测并观察到拓扑螺旋半导体(手性TSM)后，人们便致力于表征进一步的凝聚态手性费米子实现。随着对结构手性晶体中低能量拓扑与晶格手性之间深刻联系的发现，这些努力遭到了剧烈加速。尽管TSM在完美平移对称性极限下已被充分理解，但实际固体材料中可能存在缺陷和无序，甚至可能在所有但最小系统尺度上呈无序状态。以往的理论研究得出结论，手性TSM在中等无序规模下会过渡到平凡扩散金属，这引发担忧手性TSM态仅可在高度晶体样品中实现。本文相反地，我们识别了一大类在强结构无序乃至无序 regime 下仍可持续的手性TSM。我们证明，无序手性TSM相可通过局部结构手性的长程有序性得到稳定。我们present了大量解析和数值计算，证明了在其拓扑性质、自旋和轨道角动量纹理可通过平均对称性与几何相互作用可调节的无序金属中，存在Weyl和更高电荷手性费米子。为区分和生成强无序手性费米子的新实现， 我们引入一种基于对称性群论的解析方法。随后，我们引入一种用于表征具有3D结构无序金属中量化Berry曲率通量的手性费米子的无序Wilson环数值方法。我们的发现桥接了手性TSM的晶体和强无序 regime， 并指明了在非晶体材料和超材料中实现几何强制拓扑的明确道路。