Weyl点是拓扑物质领域中的一个关键概念,它们是量子化的Berry通量的拓扑单极子,具有许多不寻常的性质。Weyl点最初由Hermann Weyl在1929年推导出来,它们是Dirac方程的无质量解的哈密顿量,要求粒子在三个维度中具有线性色散关系,并且在单个动量点上具有双重简并。在凝聚态物理中,低能量激发可以是Weyl哈密顿量的解,这些低能量激发在动量空间中以单个简并点相交,形成了Weyl点。Weyl点是二维Dirac锥的三维扩展,像石墨烯中的Dirac锥一样,它们具有独特的态密度和输运性质。 Weyl点在拓扑物态研究中极为重要,因为它们是拓扑不变量的定义,这些不变量由Chern数来定义。这些拓扑不变量使得包含Weyl点的材料表现出各种不寻常现象,例如拓扑表面态、手性反常和量子反常霍尔效应等。最近的研究还表明,光子在光子晶体中也可以作为Weyl粒子出现。由于这些性质,Weyl点成为了研究拓扑物质理论和实现新型光电拓扑现象的重要组成部分。 在这项研究中,通过在具有非对称性破坏的双螺旋光子晶体中进行角度分辨的微波传输测量实验,观察到了Weyl点的存在。实验中激发的本体状态显示出三维Brillouin区中有四个孤立点的两个线性色散带相交,这指出了Weyl点的观测。这项工作开辟了在三维空间中实现多种光子拓扑现象的道路。 除了Weyl点的实验观测,这篇文章还回顾了Weyl费米子的历史,最初几十年人们认为中微子是Weyl费米子,直到发现中微子有质量为止。Weyl哈密顿量H(k)的形式是H(k)=v_xk_xσ_x+v_yk_yσ_y+v_zk_zσ_z,其中v_i和k_i分别代表群速度和动量,σ_i是泡利矩阵。该哈密顿量预测了在三维动量空间中存在一个由两个线性色散带相交而产生的简并点——Weyl点。 Weyl点不仅是凝聚态物理中低能量激发的可能解,而且还在拓扑绝缘体和拓扑超导体中扮演着重要角色,它们是拓扑不相容带隙材料之间的拓扑无间隙相。Weyl点的存在以及它们的性质对于实现新型电子器件和拓扑量子计算中的物质平台具有潜在的影响。 从理论研究的角度来看,Weyl点的概念在数学上与量子场论、凝聚态物理和拓扑学等领域紧密相连,它们的观测和实验研究进一步加深了我们对这些领域交叉学科的理解。通过对Weyl点和相关拓扑问题的研究,科学家们不仅能够更好地理解自然界中的基本物理现象,而且还能够探索出具有特殊电子、光电子或光学性质的新型材料,这些材料可以应用于新一代的电子设备和光电子器件中,甚至可能对未来的技术产生革命性的影响。
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