Met behulp van de symmetrieën van de systemen kunnen mensen verschillende topologische invarianten definiëren om verschillende topologische toestanden te beschrijven. De topologische materialen kunnen nauwkeurig worden ontdekt door de topologische invarianten te berekenen. Onlangs hebben onderzoekers ontdekt dat onherleidbare representaties en compatibiliteitsrelaties kunnen worden gebruikt om te bepalen of een materiaal een topologische, niet-triviale / triviale isolator is (die voldoet aan de compatibiliteitsrelaties) of een topologisch halfmetaal (dat de compatibiliteitsrelaties schendt), wat ertoe leidt dat een groot aantal topologische materialen wordt voorspeld. door theoretische berekeningen. Weyl-semimetalen gaan echter verder dan dit paradigma omdat het bestaan van Weyl-fermionen geen enkele symmetriebescherming nodig heeft (behalve roostertranslatiesymmetrieën). Momenteel gebruiken mensen meestal een zeer dicht raster in de driedimensionale Brillouin-zone om te zoeken naar Weyl-fermionen zonder bandafstand. Vanwege de grote hoeveelheid berekeningen die nodig zijn, is deze methode zeer inefficiënt. Daarom kan het niet worden gebruikt voor zoeken met hoge doorvoer naar Wey-fermionen. Gezien de enorme potentiële toepassingen van Weyl-semimetalen is het dringend nodig om een nieuw algoritme te ontwerpen of een nieuwe topologische invariant te definiëren om Weyl-fermionen nauwkeurig en snel te doorzoeken.
In een recent werk gepubliceerd in Wetenschapsbulletin, Gao et al. stelde een nieuwe topologische invariant χ voor in systemen met S4-symmetrie, die kan worden gebruikt om het bestaan van Weyl-fermionen effectief te diagnosticeren. χ wordt gedefinieerd als de integraal van de Berry-kromming op het oranje vlak (oppervlak S) in figuur 1, en kan eenvoudig worden berekend met behulp van de eendimensionale Wilson-loop-methode. Bovendien kan voor magnetische systemen de niet-nul χ worden onthuld door de onherleidbare representaties van bezette toestanden op S4 invariante k-punten. Het vermindert dus de berekeningskosten voor het zoeken naar Weyl-fermionen aanzienlijk. Het is vermeldenswaard dat deze nieuwe invariant χ voor zowel magnetische als niet-magnetische systemen werkt.
Door deze methode toe te passen op screening met hoge doorvoer in de berekeningen van de eerste principes, voorspelden de auteurs veel nieuwe magnetische en niet-magnetische Weyl-semimetalen. De experimentele waarnemingen hebben aangetoond dat deze nieuw ontdekte Weyl-semimetalen veel unieke eigenschappen bezitten, zoals magnetoweerstand, supergeleiding en spin-glazige toestanden enz. Deze materialen bieden realistische platforms voor toekomstig experimenteel onderzoek naar de wisselwerking tussen Weyl-fermionen en andere exotische toestanden.
###
Jiacheng Gao, Yuting Qian, Simin Nie, Zhong Fang, Hongming Weng, Zhijun Wang. High-throughput screening voor Weyl Semimetals met S4-symmetrie. Wetenschapsbulletin, 2021, doi: 10.1016/j.scib.2020.12.028
https: /
Bron: https://bioengineer.org/high-throughput-screening-for-weyl-semimetals-with-s4-symmetry/
