Dirac-halfmetalen zijn kritische toestanden van topologisch verschillende fasen. Dergelijke gapless topologische toestanden zijn bereikt door een band-inversiemechanisme, waarin de Dirac-punten paarsgewijs kunnen worden vernietigd door verstoringen zonder de symmetrie van het systeem te veranderen. Hier, wetenschappers in China rapporteren een experimentele waarneming van Dirac-punten die volledig worden afgedwongen door de kristalsymmetrie met behulp van een niet-symmorf fononisch kristal. Nieuwe topologische oppervlaktetoestanden worden gedemonstreerd in hun experimenten.

De ontdekking van nieuwe topologische toestanden van materie is een essentieel doel geworden in de fundamentele natuurkunde en materiaalwetenschap. Een driedimensionaal (3-D) Dirac-halfmetaal (DSM), geschikt voor vele exotische transporteigenschappen zoals afwijkende magnetoweerstand en ultrahoge mobiliteit, is een uitzonderlijk platform voor het verkennen van topologische faseovergangen en andere nieuwe topologische kwantumtoestanden. Het is ook van fundamenteel belang om te dienen als een solid-state realisatie van een (3+1)-dimensionaal Dirac-vacuüm. Tot dusverre komen de gerealiseerde Dirac-punten altijd in paren en kunnen ze worden geëlimineerd door hun fusie en paarsgewijze vernietiging door de continue afstemming van parameters die de symmetrie van het systeem behouden.

In een nieuw artikel gepubliceerd in Lichtwetenschap en toepassingen , wetenschappers van het sleutellaboratorium voor kunstmatige micro- en nanostructuren van het ministerie van Onderwijs en de School voor Natuurkunde en Technologie, Wuhan-universiteit, China, we rapporteren een experimentele realisatie van een 3D-fononisch kristal dat symmetrie-versterkte Dirac-punten in de hoeken van de Brillouin-zone herbergt. Duidelijk anders dan bestaande DSM's, het optreden van Dirac-punten is een onvermijdelijk gevolg van de niet-symmorfe ruimtegroep van het materiaal, die niet kan worden verwijderd zonder de kristalsymmetrie te veranderen. Naast de Dirac-punten die direct worden geïdentificeerd door hoekopgeloste transmissiemetingen, zeer ingewikkelde quad-helicoide oppervlaktetoestanden worden onthuld door onze oppervlaktemetingen en bijbehorende Fourier-spectra. specifiek, de oppervlaktetoestanden zijn samengesteld uit vier ononderbroken gekruiste spiraalvormige takken en zijn dus opvallend verschillend van de oppervlaktetoestanden met dubbele Fermi-boog die recentelijk zijn waargenomen in elektronische en fotonische systemen.

"Deze studie kan nieuwe manieren openen om geluid te beheersen, zoals het realiseren van ongebruikelijke geluidsverstrooiing en straling, gezien de conische dispersie en verdwijnende dichtheid van toestanden rond de Dirac-punten. De dispersie rond het Dirac-punt is isotroop, en daarom, ons macroscopisch systeem dient als een goed platform om relativistische Dirac-fysica te simuleren, ' voorspellen de wetenschappers.