Вейлевские полуметаллы: семейный портрет

Безмассовые вейлевские фермионы (в отличие от дираковских) имеют определенную спиральность (chirality), то есть определенную взаимную ориентацию спина и импульса (в одну сторону или в противоположные). В объеме топологических вейлевских полуметаллов (topological Weyl semimetals, TWSs) законы дисперсии спиральных квазичастиц линейны во всех трех направлениях, пересекаясь в вейлевских точках, тогда как поверхностные состояния образуют незамкнутые поверхности Ферми – так называемые фермиевские дуги, соединяющие между собой вейлевские точки с противоположной спиральностью (рис. 1). Вейлевские точки могут рассматриваться как магнитные монополи в импульсном пространстве.

В работе [1] (Китай, Великобритания, США, Германия) методом фотоэлектронной спектроскопии с угловым разрешением исследована электронная структура трех TWSs из семейства монопниктидов переходных металлов: NbP, TaP и TaAs. У каждого из них в зоне Бриллюэна имеется двенадцать пар вейлевских точек (рис. 2).

Рис. 1. Схематическое изображение пары вейлевских точек различной спиральности
(синий и красный цвет), соединенных между собой фермиевской дугой (фиолетовая линия).

Рис. 2. Объемная и поверхностная зоны Бриллюэна TWSs
из семейства монопниктидов переходных металлов.

Установлено, что в ряду NbP ® TaP ® TaAs усиление спин-орбитального взаимодействия ведет к увеличению, во-первых, расстояния между вейлевскими точками с противоположной спиральностью (рис. 3) и, во-вторых, длины фермиевской дуги (рис. 4). Полученные результаты указывают на возможность контроля специфических вейлевских особенностей электронного строения TWSs путем надлежащего химического замещения элементов и/или поверхностного допирования.

Рис. 3. Иллюстрация изменения расстояния между вейлевскими точками WP+ и WP- в семействе монопниктидов переходных металлов по мере усиления спин-орбитального взаимодействия.

Рис. 4. При удалении вейлевских точек друг от друга
фермиевская дуга удлиняется.

Л.Опенов

    1. Z.K.Liu et al., Nature Mater. 15, 27 (2016).