Forschung: Spontane Bildung von außergewöhnli­chen Punkten beim Auftreten von Magnetismus

Forschenden an der Universität Würzburg sowie der TU Dresden ist es gelungen eine tiefe Verbindung zwischen dem in der Physik allgegenwärtigen Phänomen der spontanen Symmetriebrechung und topologischen Materiezuständen, die einzigartig für dissipative Systeme sind, aufzuzeigen. In der Welt der topologischen Materie ist intuitiv zu erwarten, dass Symmetriegeschützte Oberflächenzustände fragil gegenüber Ordnungsübergängen sind, bei denen die schützende Symmetrie spontan gebrochen wird. Überraschenderweise ändert sich diese Situation drastisch für dissipative symmetriebrechende Störungen, welche die genannten Oberflächenzustände sogar stabilisieren können und ihnen damit zu topologischer Stabilität unabhängig von Symmetrie verhelfen. Dieses bemerkenswerte Phänomen wurde nun von L. Crippa et al. nun durch Untersuchung eines korrelierten 3D topologischen Isolators mit einsetzendem Ferromagnetismus nachgewiesen. Aus den im paramagnetischen Regime durch Zeitumkehrsymmetrie geschützten semimetallischen Weyl Fermionen werden hierbei durch magnetische Fluktuationen topologisch stabile nicht-diagonalisierbare Entartungen (exceptional points), welche charakteristisch für dissipative Systeme sind.

L. Crippa, G. Sangiovanni, J. C. Budich,
Spontaneous Formation of Exceptional Points at the Onset of Magnetism,
Phys. Rev. Lett. 130, 186403 (2023) (arXiv)