一个国际科学家团队成功地实验证实了拓扑材料的一个特性。

来自全球各地的科学家们已经实验证实了拓扑材料的一个独特特性。他们利用类似"3D眼镜"的技术和粒子加速器，成功地可视化了电子拓扑和量子力学性质之间的关系，这标志着对这些面向未来的材料的理解迈出了重要的一步。

拓扑量子材料被视为节能电子和未来高科技的希望之光。这些材料的一个显著特点是它们能够在表面上传导自旋极化电子，同时在内部保持不传导。为了理解这一点，必须明确：自旋极化电子的本征角动量，即粒子的旋转方向（自旋），并非纯随机排列。

为了区分拓扑材料和传统材料，科学家们过去在研究其表面电流。然而，电子的拓扑密切相关于其量子力学波动特性和自旋。现在，这种关系已经通过光电效应直接展示出来 - 光电效应是指在光的帮助下，例如金属等材料释放电子的现象。

用"3D眼镜"可视化电子的拓扑

Würzburg的ct.qmat的创始成员之一、该项目的理论物理学家之一Giorgio Sangiovanni教授将这一发现比作使用3D眼镜来可视化电子的拓扑。他解释道："电子和光子在量子力学中既可以描述为波动也可以描述为粒子。因此，我们可以通过光电效应来测量电子的自旋。"

为了实现这一点，研究团队使用了环向偏振的X射线光-具有扭矩的光粒子。当光子遇到电子时，来自量子材料的信号取决于光子是右旋还是左旋偏振。换句话说，电子自旋的方向确定了左旋和右旋偏振光束之间信号的相对强度。因此，可以将这个实验看作是立体影院中的偏振眼镜，其中使用了不同方向的光束。我们的'3D眼镜'使电子的拓扑可见。

这项开创性实验以及理论描述，是表征量子材料拓扑的首次成功尝试。我们需要同步辐射粒子加速器来产生这种特殊的X射线光，并产生“3D电影院”效果。

量子材料、粒子加速器和超级计算机

对于研究人员来说，这一重大成功的旅程历时三年。他们的起点是kagome金属TbV6Sn6，这是一种量子材料。在这一特殊类别的材料中，原子晶格具有三角形和蜂窝状晶格的混合结构，类似于日本的竹篮编织。kagome金属在ct.qmat的材料研究中发挥着重要作用。

在实验同步加速器实验开始之前，我们需要模拟结果以确保我们的方向正确。在第一步中，我们设计了理论模型，并在超级计算机上运行了计算。实验测量结果与理论预测完美一致，使团队能够可视化并确认kagome金属的拓扑。