最新Science報道: 磁性Weyl準金屬Co3Sn2S2表面費米弧的多樣性

【背景介紹】

在拓撲半金屬中，拓撲表面能帶的色散與拓撲體能帶的色散有關。例如Weyl和Dirac準金屬，它們的優異拓撲性質是由電子體能帶結構中的存在帶接觸點（Weyl或Dirac節點）而引起的。Bulk Weyl節點在破壞的反轉或時間反轉對稱而形成，有明確的手性且與開放輪廓的費米弧表面能帶相關。這些表面能帶從一個Weyl節點發出并在另一個Weyl節點終止，且是在表面二維（2D）動量空間內以相反的手性終止于另一個Weyl節點。通過Bulk Weyl節點的存在保證了費米弧的形成，因此提供了通過表面探針對體拓撲進行分類的直接方法。然而，費米弧的一些性質不是通過Weyl節點的體積分布決定，而是由表面終止的細節來確定的。通過表面處理來控制這些特性可以直接影響Weyl電子的磁電動力學。然而，在實驗中尚未充分研究費米弧帶對不同表面電位的敏感性程度。

【成果簡介】

今日，以色列魏茨曼科學研究所的Haim Beidenkopf（通訊作者）團隊報道了通過研究磁性準金屬Co₃Sn₂S₂的三個不同的表面終端，并利用光譜學驗證其分類為時間反轉對稱破壞的Weyl準金屬。研究表明由三個不同終端施加的不同表面電位修改了費米弧輪廓和Weyl節點連通性。在錫（Sn）表面上，識別了費米弧的布里淵區內Weyl節點連通性，而在鈷（Co）表面上，連通性跨越相鄰的布里淵區域。在硫（S）表面上，費米弧與非拓撲體和表面狀態重疊。因此，作者解決了Weyl半金屬的拓撲保護和非保護電子特性。研究成果以題目為“Fermi-arc diversity on surface terminations of the magnetic Weyl semimetal Co₃Sn₂S₂”發表在國際頂級期刊Science上。

【圖文速遞】

圖一、Co₃Sn₂S₂的Sn、S和Co表面上的表面能帶結構

圖二、Sn端部BZ內費米弧連通性和時間反轉對稱性斷開

圖三、Co表面上的BZ間費米弧連接

圖四、在S表面上的Weyl錐分散

【小結】

總之，通過探究Co₃Sn₂S₂中暴露三個不同的表面終端，作者區分了這種拓撲類的守恒特性，例如Weyl節點的能量和動量以及那些對表面細節敏感的性質，如Weyl節點連接性。研究結果描述了Co₃Sn₂S₂的時間反轉對稱斷裂的Weyl相，并證明了這類拓撲結構無保護性。此外，這些性質可以在其他測量中表現出來，例如量子振蕩實驗中的改進的磁電路徑，并顯示出通過受控的表面擾動來操縱和設計那些拓撲狀態的可能性。

文獻鏈接：Fermi-arc diversity on surface terminations of the magnetic Weyl semimetal Co₃Sn₂S₂ (Science, 2019, DOI: 10.1126/science.aav2334)

本文由CQR編譯。

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