Definitionen af χ i systemer med S4 symmetri på den orange overflade S. Systemet i (b) har C2, 110 symmetri. Kredit:Science China Press
En ny topologisk invariant χ defineres i systemer med S 4 symmetri til at diagnosticere eksistensen af Weyl fermioner. Ved at beregne χ, beregningsomkostningerne til søgning i Weyl -halvmetaller reduceres kraftigt. For nylig, Gao et al. implementerede denne metode i high-throughput screening og fandt en masse nye Weyl semimetalkandidater med eksotiske egenskaber, at levere realistiske platforme til fremtidig eksperimentel undersøgelse af samspillet mellem Weyl fermioner og andre eksotiske tilstande.
Ved hjælp af systemernes symmetrier, mennesker kan definere forskellige topologiske invarianter til at beskrive forskellige topologiske tilstande. De topologiske materialer kan nøjagtigt opdages ved at beregne de topologiske invarianter. For nylig, forskere fandt ud af, at ureducerbare repræsentationer og kompatibilitetsrelationer kan bruges til at afgøre, om et materiale er topologisk ikke -trivial/triviel isolator (opfylder kompatibilitetsrelationerne) eller topologisk semimetal (overtræder kompatibilitetsrelationerne), hvilket fører til et stort antal topologiske materialer forudsagt af teoretiske beregninger.
Imidlertid, Weylhalvmetaller går ud over dette paradigme, fordi eksistensen af Weyl fermioner ikke behøver nogen symmetribeskyttelse (undtagen gitteroversættelsessymmetrier). På nuværende tidspunkt, folk tager normalt et meget tæt gitter i den tredimensionelle Brillouin -zone for at søge efter Weyl fermioner med nulbåndgab. På grund af den nødvendige mængde beregning, denne metode er meget ineffektiv. Derfor, det kan ikke bruges til at søge efter high-throughput efter Wey fermioner. I betragtning af de enorme potentielle anvendelser af Weyl -halvmetaller, det haster med at designe en ny algoritme eller definere en ny topologisk invariant for at søge Weyl fermioner præcist og hurtigt.
I et nyligt værk, der blev offentliggjort i Science Bulletin , Gao et al. foreslog en ny topologisk invariant χ i systemer med S 4 symmetri, som kan bruges til effektivt at diagnosticere eksistensen af Weyl fermioner. Ud over, til magnetiske systemer, ikke -nul χ kan afsløres af de ureducerbare repræsentationer af besatte stater på S 4 invariante k-point. Således reducerer det i høj grad beregningsomkostningerne ved søgning efter Weyl fermioner. Det er værd at bemærke, at denne nye invariant χ fungerer for både magnetiske og ikke -magnetiske systemer.
Ved at anvende denne metode til high-throughput screening i beregningerne af de første principper, forfatterne forudsagde en masse nye magnetiske og ikke -magnetiske Weyl -halvmetaller. De eksperimentelle observationer har vist, at disse nyopdagede Weyl -halvmetaller besidder mange unikke egenskaber, såsom magnetoresistens, superledning, og spin glasagtige tilstande osv. Disse materialer giver realistiske platforme til fremtidig eksperimentel undersøgelse af samspillet mellem Weyl fermioner og andre eksotiske tilstande.