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トポロジカル材料：点フェルミ面を伴う半金属ワイル強磁性体の合成
Nature 637, 8048 doi: 10.1038/s41586-024-08330-y
創発的なトポロジカル・フェルミオンによって支配される量子物質は、物理学の礎となっている。グラフェン中のディラック・フェルミオンは、モアレ量子物質の基礎であり、磁性トポロジカル絶縁体におけるディラック・フェルミオンによって、量子異常ホール（QAH）効果の発見が可能になった。対照的に、創発的なワイル・フェルミオンに支配される電磁気的応答を示す物質はほとんど見いだされていない。既知のワイル物質は、ほぼ全てが圧倒的に金属的であり、こうした応答には無関係である通常の電子におおむね支配されている。今回我々は、ファンデルワールス結晶(Cr,Bi)2Te3における半金属ワイル強磁性を、理論的に予測して実験的に観測した。我々は、電荷輸送現象において、非金属的伝導性と共に0.5を超える記録的なバルク異常ホール角を見いだしており、これは従来型強磁性体とは非常に異なる特徴である。対称性解析と合わせて、我々のデータからは、2つのワイル点から構成される半金属フェルミ面の存在が示唆されており、そのワイル点対の距離はバルクのブリルアンゾーンの長さ寸法の75％より大きく、一方、他のトリビアルな電子状態は存在しない。我々は最先端の結晶合成法を用いて電子構造を幅広く調整することで、ワイル状態を消滅させて、広範なチャーン絶縁領域、ワイル半金属領域、磁性半導体領域を示す他に例のないトポロジカル相図を可視化することを可能にした。半金属ワイル強磁性体の今回の観測結果は、ゼロ磁場でのワイル・スピントロニクスや光デバイスのみならず、新たな相関状態や非線形現象の実現と機能への道を開くものである。
