CoSi中的准对称性揭示了新型拓扑材料

镜像对称和准对称操作之间的比较。镜像对称操作始终作用于整个对象。相反，准对称运算对系统的不同部分的作用不同。图片来源：MPSD / MicroStructured Quantum Matter

自从量子霍尔效应（1985年诺贝尔奖）被发现以来，对称性一直是寻找拓扑材料的指导原则。现在，来自德国，瑞士和美国的国际研究小组引入了另一种指导原则“准对称性”，该原则导致发现了一种新型拓扑材料，该材料在自旋电子学和量子技术中具有巨大的应用潜力。这项工作已发表在《自然物理学》上。

与均匀作用于整个物体的正对称性不同，准对称操作选择性地作用于系统的不同部分。一个简化的例子可能是不完整的镜像，其中对象的某些部分被镜像，而其他部分则没有。从理论上讲，它对应于一个在仅考虑基本近似时具有精确对称性的系统，而附加的近似项则打破了这种对称性。在固体的电子能带结构中，这在动量空间中的一些低对称点处强制实施有限但参数化的小能隙。

在他们的新工作中，研究人员证明，半金属CoSi中的准对称性稳定了大型近简并平面上的微小能量间隙。这反映在电子被磁场弯曲成圆周运动的方式上，称为量子振荡。面内应变的应用打破了晶体对称性，该对称性仅间隙相应的简并点，但准对称性保护点保持不变，可通过新的磁击穿轨道观察到。这些结果证明了准对称性最重要的特征之一：它对化学和物理扰动的鲁棒性。

近年来发现的大多数拓扑材料都需要对其化学成分进行精确的工程设计，以便与未来的技术应用相关。相比之下，准对称性消除了对这种微调的需要，因为可以在任何任意化学势下找到拓扑特征。此外，受准对称性保护的拓扑材料对任何破坏晶体对称性的物理变形都是鲁棒的。此外，准对称性保护的拓扑材料对破坏晶体对称性的物理变形具有鲁棒性，这是其通过薄膜工艺应用技术的关键先决条件。

这些特征展示了一类新的拓扑材料，它们具有更高的扰动弹性，从而简化了它们在技术中的使用。研究人员认为，第一个例子代表了在通常的空间群分类之外发现拓扑材料的重要一步，这可以帮助社区不要忽视可能隐藏在视线中的东西。