在拓扑Weyl半金属(TaSe)的电荷-密度波(CDW)相(62万)主反射附近记录了x射线衍射强度 4) 2I.小(红色)指数表示卫星反射。CDW连接和缺口韦尔点。资料来源:微结构物理学MPI
拓扑材料具有独特的电子和物理特性，这些特性是由其电子系统的基本拓扑所决定的。马克斯·普朗克微结构物理研究所(Halle)和固体化学物理研究所(Dresden)的科学家们现在发现，(TaSe4)2I是第一种电荷密度波诱导半金属状态到绝缘体状态之间相变的材料。
一个国际科学家小组马克斯普朗克研究所的微结构物理、哈雷(Saale),固体的马克斯·普朗克化学物理研究所德累斯顿,牛津大学,中国科学院,麻省理工学院和普林斯顿大学发现的第一个例子correlation-driven拓扑半金属单晶的绝缘体相变材料(TaSe4) 2。近年来，人们对拓扑材料的研究越来越感兴趣，因为拓扑材料具有独特的电子和物理特性。2I是一种不同寻常的材料，由于电荷密度波的作用，它会在略低于室温的温度下发生结构畸变。
由于电子关联，系统中的电子气体对电子电荷密度的长周期变化变得不稳定，而这种长周期变化与晶体结构中原子位置的周期性调制密切耦合。与此同时，这种材料被证明是一种特殊类型的拓扑金属，即韦尔半金属。这种拓扑金属的电子系统显示出线性色散的电子带相互交叉而不形成能带隙的韦尔点。(TaSe4)2I中的这些Weyl点成对出现，每一个都有相反的手性，论文的作者表明(TaSe4)2I有24对这样的点，它们对应着巨大的所谓的手性电荷(+16)。
物理学发表在《自然》杂志上的研究中,使用一组复杂的实验探测的电子和晶体结构,国际团队,其成员包括实验克劳迪娅·费尔斯,主任固体的马克斯·普朗克化学物理研究所,Holger Meyerheim,研究员,和斯图尔特•帕金主任马克斯普朗克研究所的微结构物理、玉林陈从牛津大学,普林斯顿大学的理论学家Andrei Bernevig指出，这种化合物的拓扑性质与电荷密度波密切相关，而电荷密度波的波向量是由相反手性电荷的Weyl点之间的联系推导出来的。
“识别这种材料中的电荷密度波非常具有挑战性，但也非常令人兴奋。我们需要利用现有的非常明亮的x射线源，例如，欧洲同步辐射设施格勒诺布尔，来发现电荷密度波非常微弱的衍射峰特征。”梅耶海姆指出。当样品冷却时，强电子关联驱动系统进入电荷密度波态，导致从拓扑韦尔半金属到绝缘体的转变。与此同时，同样的研究小组在之前的一篇论文中报告的新物理现象出现在跃迁下面。
“谁会相信我们会在这样的一维材料中发现如此复杂的相关电子物理，”Felser说。这项工作显示了拓扑结构和相关关系之间的密切联系，并提供了一个途径来观察轴子电动力学的凝聚态实现，这是一种电场和磁场之间的新型耦合，这在以前是不可企及的。虽然这是第一个例子，“我们对许多材料的电子结构的计算使我们确信，一定有更多这样的关联和拓扑相互交织的系统”，Bernevig说，“我们很高兴在实验中寻找它们，”Yulin补充说。通过操纵电荷密度波的开始，可以直接获得拓扑Weyl半金属-轴子绝缘子跃迁。这些材料为未来电子设备的潜在应用提供了丰富的空间，这是一个你可以称之为“topaxtronics”的新领域。斯图亚特·帕金预测。