Topologie – Weyl-Halbmetalle und topologische Isolatoren

Vor wenigen Jahren fanden theoretische Physiker heraus dass die Topologie eines Materials zu besonderen neuen Quanteneigenschaften führen kann. Ein Ball und ein „Berliner“ haben die gleiche Topologie (kein Loch), aber eine andere als ein Donut und eine Kaffeetasse (ein Loch oder Henkel). Dieses einfache Konzept lässt sich auf die elektronische Struktur von halbleitenden Materialien, in der relativistische Effekte eine Rolle spielen, anwenden. Topologische Isolatoren und der sogenannte Quanten-Spin-Hall- Effekt sorgten für hochkarätige Publikationen und Preise. Nun wurde eine neue Gruppe von Materialien, NbP, NbAs, TaP, und TaAs, die sogenannten Weyl-Halbmetalle, identifiziert, die eine elektronische Struktur ähnlich wie Graphen mit einem Dirac-Kegel aufweisen. Theoretiker haben für die mit diesem Dirac-Kegel assoziierten relativistischen Elektronen besondere Eigenschaften vorhergesagt, die sogar eine Brücke zur Astro- und Hochenergie-Physik schlagen.