它们被视为节能电子和未来高科技的希望灯塔：拓扑量子材料。它们的特性之一是自旋极化电子在其表面上的传导——尽管它们的内部实际上是不导电的。从这个角度来看：在自旋极化电子中，内在角动量，即粒子的旋转方向(自旋)，并不是纯粹随机排列的。

为了区分拓扑材料和传统材料，科学家们常常研究它们的表面电流。然而，电子的拓扑结构与其量子力学波特性及其自旋密切相关。这种关系现在已经通过光电效应直接得到证明，光电效应是一种电子在光的帮助下从金属等材料中释放出来的现象。

维尔茨堡ct.qmat的创始成员、该项目的理论物理学家之一GiorgioSangiovanni教授将这一发现比作使用3D眼镜可视化电子拓扑。他解释说：“电子和光子可以在量子力学中描述为波和粒子。因此，由于光电效应，电子具有我们可以测量的自旋。”

为此，该团队使用了圆偏振X射线光——具有扭矩的光粒子。桑乔瓦尼详细阐述道：“当光子遇到电子时，来自量子材料的信号取决于光子是具有右旋偏振还是左旋偏振。”

“换句话来说，电子自旋的方向决定了左偏振光束和右偏振光束之间信号的相对强度。因此，这个实验可以被认为是3D电影院中的偏振眼镜，其中不同方向的光束在也使用了。我们的‘3D眼镜’使电子的拓扑结构可见。”

由维尔茨堡-德累斯顿卓越集群ct.qmat(量子物质的复杂性和拓扑)领导，这项突破性的实验及其理论描述是表征量子材料拓扑的首次成功尝试。Sangiovanni指出了粒子加速器在实验中的重要作用，他表示：“我们需要同步加速器粒子加速器来产生这种特殊的X射线光并创造‘3D影院’效果。”

量子物质、粒子加速器和超级计算机

研究人员花了三年时间才取得了这一巨大成功。他们的起点是kagome金属TbV6Sn6，一种量子材料。在这类特殊材料中，原子晶格混合了三角形和蜂窝晶格，其结构让人想起日本的篮子编织。Kagome金属在ct.qmat的材料研究中发挥着重要作用。

“在我们的实验同事开始同步加速器实验之前，我们需要模拟结果以确保我们走在正确的轨道上。第一步，我们设计了理论模型并在超级计算机上运行计算，”DomenicodiSante博士说，项目负责人，理论物理学家，也是维尔茨堡合作研究中心(SFB)1170ToCoTronics的准成员。

测量结果与理论预测完全一致，使团队能够可视化并确认戈薇金属的拓扑结构。

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标签：材料电子理论