拓扑相变中的拓扑耗尽与次领头标度

是否存在跨越无序参量但具有扩展费米面的拓扑量子相变的普适标度函数，仍然是一个悬而未决的问题。在此，我们研究了一个简单的费米子系统，它们在立方晶格中跃迁并受到Weyl型自旋-轨道耦合的作用。当在半填充下调节自旋-轨道耦合参数时，系统显示出Weyl费米子，以及由于粒子-粒子或空穴-空穴Weyl费米面的碰撞而产生的各种拓扑相变。在零温下，发现该拓扑相变是一个三阶相变，其临界指数已被确定。我们推导了比热、压缩率和磁化率的标度函数。与以往量子或拓扑相变中的所有情况相反，尽管领头项是非普适的且依赖于截断，次领头项却满足普适的标度关系。次领头标度导致了拓扑耗尽，它在量子临界区域显示出非解析和非费米液体的修正，可以很容易地与解析的领头项区分开来，并在实验上被探测到。人们还可以由两个守恒量（如比热和压缩率）的拓扑耗尽形成一个拓扑Wilson比。作为副产品，我们还发现了由于扩展粒子-空穴Weyl费米面碰撞而作为拓扑相变出现的第二类Weyl费米子。讨论了在冷原子系统和具有自旋-轨道耦合的材料中的实验实现与探测。