Een nieuwe topologische invariant χ is gedefinieerd in systemen met S ₄ symmetrie om het bestaan ​​van Weyl-fermionen te diagnosticeren. Door χ te berekenen, de rekenkosten voor het zoeken naar Weyl-halfmetalen worden sterk verminderd. Onlangs, Gao et al. implementeerde deze methode in de high-throughput screening en vond veel nieuwe Weyl-halfmetaalkandidaten met exotische eigenschappen, het bieden van realistische platforms voor toekomstige experimentele studie van het samenspel tussen Weyl-fermionen en andere exotische staten.

Met behulp van de symmetrieën van de systemen, mensen kunnen verschillende topologische invarianten definiëren om verschillende topologische toestanden te beschrijven. De topologische materialen kunnen nauwkeurig worden ontdekt door de topologische invarianten te berekenen. Onlangs, onderzoekers ontdekten dat onherleidbare representaties en compatibiliteitsrelaties kunnen worden gebruikt om te bepalen of een materiaal topologische niet-triviale/triviale isolator is (die voldoet aan de compatibiliteitsrelaties) of topologisch semimetaal (die de compatibiliteitsrelaties schendt), wat leidt tot een groot aantal topologische materialen voorspeld door theoretische berekeningen.

Echter, Weyl-halfmetalen gaan verder dan dit paradigma omdat het bestaan ​​van Weyl-fermionen geen symmetriebescherming nodig heeft (behalve voor roostertranslatiesymmetrieën). Momenteel, mensen nemen meestal een zeer dicht raster in de driedimensionale Brillouin-zone om te zoeken naar Weyl-fermionen met een bandafstand van nul. Door de grote hoeveelheid rekenwerk die nodig is, deze methode is erg inefficiënt. Daarom, het kan niet worden gebruikt om met hoge doorvoer naar Wey-fermionen te zoeken. Gezien de enorme potentiële toepassingen van Weyl-halfmetalen, het is dringend om een ​​nieuw algoritme te ontwerpen of een nieuwe topologische invariant te definiëren om Weyl-fermionen nauwkeurig en snel te zoeken.

In een recent werk gepubliceerd in Wetenschapsbulletin , Gao et al. stelde een nieuwe topologische invariant χ voor in systemen met S ₄ symmetrie, die kan worden gebruikt om het bestaan ​​van Weyl-fermionen effectief te diagnosticeren. In aanvulling, voor magnetische systemen, de niet-nul χ kan worden onthuld door de onherleidbare representaties van bezette staten op S ₄ invariante k-punten. Het vermindert dus de berekeningskosten voor het zoeken naar Weyl-fermionen aanzienlijk. Het is vermeldenswaard dat deze nieuwe invariant χ werkt voor zowel magnetische als niet-magnetische systemen.

Door deze methode toe te passen op high-throughput screening in de eerste-principeberekeningen, de auteurs voorspelden veel nieuwe magnetische en niet-magnetische Weyl-halfmetalen. De experimentele waarnemingen hebben aangetoond dat deze nieuw ontdekte Weyl-halfmetalen veel unieke eigenschappen bezitten, zoals magnetoweerstand, supergeleiding, en spin-glazige toestanden enz. Deze materialen bieden realistische platforms voor toekomstige experimentele studie van het samenspel tussen Weyl-fermionen en andere exotische toestanden.