Cientistas do Instituto Max Planck de Física Química de Sólidos escreveram um artigo de revisão sobre materiais topológicos magnéticos na família dos compostos de Heusler. A revisão explica a conexão entre a topologia, simetria e magnetismo em um nível adequado para alunos de graduação em física, química e ciência dos materiais com conhecimentos básicos de física da matéria condensada.

Fritz Heusler (1866-1947), Hermann Weyl (1885-1955) e Michael Berry (1941-) são três cientistas renomados, cujo trabalho levou a novos e importantes insights sobre a ciência dos materiais, topologia e física da matéria condensada. Esses três campos da ciência se juntaram recentemente com a descoberta de novas e excitantes propriedades quânticas em novas classes de materiais que poderiam possibilitar novas ciências, incluindo tecnologias de computação e catálise.

Heusler é o nome do descobridor de compostos principalmente magnéticos que eram de interesse há algum tempo. Mas recentemente descobriu-se que esses compostos hospedam propriedades topológicas não triviais que abrem um grande campo da nova física. Escondidos na estrutura da banda de energia desses materiais estão pontos singulares que podem ser descritos com ferramentas matemáticas que se originam de Weyl; esses pontos estão associados à descoberta de quase-partículas que agora são chamadas de férmions de Weyl. Eles não são encontrados entre as partículas elementares da física de alta energia, mas acreditamos que eles existem em materiais sólidos e determinam sua topologia. O terceiro nome Berry representa os efeitos mensuráveis ​​que revelam a física em questão. Sob certas condições bem definidas, existe um campo vetorial, semelhante ao campo magnético, chamada de curvatura de Berry. Ele determina a magnitude de uma série de efeitos importantes, como o efeito Hall anômalo e o efeito Hall Spin. É a arte do experimentalista modificar adequadamente os materiais a fim de ajustar a curvatura de Berry e, assim, tornar a topologia visível. Nesta revisão, um grande número de exemplos é dado para várias propriedades de simetria de compostos de Heusler, uma grande classe de materiais que podem ser facilmente ajustados para exibir materiais ferromagnéticos, antiferromagnético, ordem magnética não colinear ou compensada. Essas ordenações magnéticas dão origem a efeitos elétricos e termoelétricos pronunciados, cujas impressões digitais são descobertas e explicadas, incluindo estruturas de rotação de vórtice semelhantes a partículas, os anti-isquírmions típicos de um determinado subconjunto de compostos de Heusler.

Considerando o grande número de compostos inorgânicos existentes e o grande número recentemente proposto de materiais topológicos não magnéticos, Os compostos de Heusler servem como um sistema modelo para a compreensão e impacto do magnetismo na topologia. A quebra da simetria de reversão do tempo via magnetismo ou um campo magnético externo pode levar a efeitos ainda maiores do que em materiais não magnéticos, com base na grande separação entre os pontos de Weyl de diferentes quiralidades. Com base em um estudo sistemático de materiais Heusler, prevemos que há um grande número de materiais topológicos magnéticos aguardando para serem descobertos.

Com relação aos aplicativos, o grande efeito Nernst e os efeitos Hall quântico e clássico em torno da temperatura ambiente com base nas altas temperaturas Curie de compostos de Heusler e seus parentes têm o potencial de ter grande impacto na conversão de energia e dispositivos eletrônicos quânticos para spintrônica ou computação quântica.