魏尔费米子

Weyl 费米子是无质量手性费米子，体现了 Weyl 旋量的数学概念。 Weyl 旋量反过来在量子场论和标准模型中发挥重要作用，它们是量子场论中费米子的基石。 Weyl 旋量是 Hermann Weyl 导出的 Dirac 方程的一个解，称为 Weyl 方程。 例如，具有确定手性的带电狄拉克费米子的一半是外尔费米子。

Weyl 费米子可以实现为低能凝聚态物质系统中的涌现准粒子。 这一预测最初是由康耶斯·赫林 (Conyers Herring) 于 1937 年在电子晶体等固态系统的电子能带结构的背景下提出的。 带反转过渡附近的拓扑材料成为寻找拓扑保护的体电子带交叉的主要目标。

建议的xxx个（非电子）液态具有类似的涌现但中性激发，并且在理论上将超流体的手性异常解释为费米点的观察是在 Helium-3 A 超流体相中。 晶体砷化钽 (TaAs) 是xxx个被发现的拓扑外尔费米子半金属，它表现出拓扑表面费米弧，其中外尔费米子沿着 Herring 最初建议的线带电。 电子 Weyl 费米子不仅带电，而且在室温下稳定，而在室温下还没有已知的超流体或液态。

魏尔费米子是一种固态晶体，其低能量激发是外尔费米子，即使在室温下也能携带电荷。 魏尔费米子能够在电子系统中实现外尔费米子。 它是物质的拓扑非平凡相，与 Helium-3 A 超流体相一起，将拓扑分类扩展到拓扑绝缘体之外。 零能量的 Weyl 费米子对应于体带简并点，即在动量空间中分离的 Weyl 节点（或费米点）。 Weyl 费米子具有明显的手性，无论是左手性还是右手性。

在魏尔费米子晶体中，与Weyl节点（费米点）相关的手性可以理解为拓扑电荷，导致动量空间中Berry曲率的单极子和反单极子，（分裂）作为拓扑不变量 这个阶段的。 与石墨烯或拓扑绝缘体表面的狄拉克费米子相比，魏尔费米子中的外尔费米子是最稳健的电子，除了晶格的平移对称性外，不依赖于对称性。 因此魏尔费米子中的外尔费米子准粒子具有高度的迁移率。 由于非平凡的拓扑结构，魏尔费米子有望在其表面展示费米弧电子态。 这些弧是二维费米等高线的不连续或不相交的部分，它们终止于外尔费米子节点在表面上的投影。 2012 年对超流体 Helium-3 的一项理论研究表明，中性超流体中存在费米弧。

2015 年 7 月 16 日，首次对反演对称性破缺单晶材料砷化钽 (TaAs) 中的外尔费米子半金属和拓扑费米弧进行了实验观察。 外尔费米子和费米弧表面态均通过使用 ARPES 的直接电子成像进行观察，首次确立了其拓扑特征。 这一发现建立在 2014 年 11 月由孟加拉国科学家 M Zahid Hasan 领导的团队提出的先前理论预测的基础上。

Weyl 点（费米点）也在光子晶体等非电子系统中被观察到，事实上甚至在它们在电子系统和 Helium-3 超流体准粒子光谱（中性费米子）中的实验观察之前。 请注意，虽然这些系统不同于电子凝聚态系统，但基本物理学非常相似。

TaAs是最早发现的魏尔费米子（导体）。 大尺寸 (~1 cm)、高质量的 TaAs 单晶可以通过使用碘作为传输剂的化学气相传输方法获得。

TaAs 在具有晶格常数 a = 3.44 Å 和 c = 11.64 Å 以及空间群 I41md（No. 109）的体心四方晶胞中结晶。 Ta 和 As 原子是六个相互配位的。 这种结构缺少水平镜面，因此没有反转对称性，这是实现魏尔费米子所必需的。

TaAs单晶具有闪亮的刻面，可分为三类：两个截断面为{001}，梯形或等腰三角形面为{101}，矩形面为{112}。 TaAs属于4mm点群，等效的{101}和{112}面应形成双四方相。 观察到的形貌可能因理想形式的退化情况而异。