最新Science报道: 磁性Weyl准金属Co3Sn2S2表面费米弧的多样性

【背景介绍】

在拓扑半金属中，拓扑表面能带的色散与拓扑体能带的色散有关。例如Weyl和Dirac准金属，它们的优异拓扑性质是由电子体能带结构中的存在带接触点（Weyl或Dirac节点）而引起的。Bulk Weyl节点在破坏的反转或时间反转对称而形成，有明确的手性且与开放轮廓的费米弧表面能带相关。这些表面能带从一个Weyl节点发出并在另一个Weyl节点终止，且是在表面二维（2D）动量空间内以相反的手性终止于另一个Weyl节点。通过Bulk Weyl节点的存在保证了费米弧的形成，因此提供了通过表面探针对体拓扑进行分类的直接方法。然而，费米弧的一些性质不是通过Weyl节点的体积分布决定，而是由表面终止的细节来确定的。通过表面处理来控制这些特性可以直接影响Weyl电子的磁电动力学。然而，在实验中尚未充分研究费米弧带对不同表面电位的敏感性程度。

【成果简介】

今日，以色列魏茨曼科学研究所的Haim Beidenkopf（通讯作者）团队报道了通过研究磁性准金属Co₃Sn₂S₂的三个不同的表面终端，并利用光谱学验证其分类为时间反转对称破坏的Weyl准金属。研究表明由三个不同终端施加的不同表面电位修改了费米弧轮廓和Weyl节点连通性。在锡（Sn）表面上，识别了费米弧的布里渊区内Weyl节点连通性，而在钴（Co）表面上，连通性跨越相邻的布里渊区域。在硫（S）表面上，费米弧与非拓扑体和表面状态重叠。因此，作者解决了Weyl半金属的拓扑保护和非保护电子特性。研究成果以题目为“Fermi-arc diversity on surface terminations of the magnetic Weyl semimetal Co₃Sn₂S₂”发表在国际顶级期刊Science上。

【图文速递】

图一、Co₃Sn₂S₂的Sn、S和Co表面上的表面能带结构

图二、Sn端部BZ内费米弧连通性和时间反转对称性断开

图三、Co表面上的BZ间费米弧连接

图四、在S表面上的Weyl锥分散

【小结】

总之，通过探究Co₃Sn₂S₂中暴露三个不同的表面终端，作者区分了这种拓扑类的守恒特性，例如Weyl节点的能量和动量以及那些对表面细节敏感的性质，如Weyl节点连接性。研究结果描述了Co₃Sn₂S₂的时间反转对称断裂的Weyl相，并证明了这类拓扑结构无保护性。此外，这些性质可以在其他测量中表现出来，例如量子振荡实验中的改进的磁电路径，并显示出通过受控的表面扰动来操纵和设计那些拓扑状态的可能性。

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

本文由CQR编译。

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