拓扑材料（topologicalmaterials）指通过拓扑而显示其特性的材料。拓扑是数学的一个分支，其中研究在平滑变形下不变的对象属性。在拓扑变换特性下不变的材料特性称为拓扑材料特性。

通俗地讲，譬如拓扑绝缘材料的整体电子带被“打结”在一起，这被称为“拓扑”，拓扑绝缘体的表面的“拓扑结”被解开从而变成了金属，所以拓扑绝缘体整体绝缘但在表面导电。

还有一些是半金属的拓扑材料，它们的化合价和导带在费米能级附近接触。根据谱带是非简并还是双简并，拓扑材料称为拓扑韦尔（Weyl）半金属或拓扑狄拉克（Dirac）半金属。拓扑材料的性质表明存在马约拉纳、韦尔和狄拉克费米子。所以，拓扑材料近年来被确定为量子材料，即无法用经典理论而需要运用量子力学来描述其基本特性的材料。

拓扑材料表现出令人迷惑的特性，越来越吸引科学家们的注意，在物理科学中崭露头角。拓扑材料大约在15年前出现，但在理论上已经存在了数十年。年诺贝尔物理奖的三位物理学家的成就都与在凝聚体物理学领域的拓扑材料有关。

许多现代技术依赖于晶体材料，晶体材料是由形成晶格的原子的周期性重复排列组成的固体。由于周期性，在某些对称操作，例如平移、特定旋转、镜像和/或倒置后，晶格看起来相同。这些对称性的存在与否会影响电子能带拓扑和表面电子传导，磁有序性可以改变材料表现出的对称性，从而提供了控制拓扑状态的其它手段。

科学家们一直在寻求发现、理解、和控制这些材料的优异导电性能。最近，他们观察到了拓扑化合物EuIn2As2中新颖的螺旋磁序，该化合物支持可通过磁场调节的奇特导电，科学家观察到拓扑材料中与电导相关的复杂的可调磁性。

该发现对拓扑特性功能的基础研究具有重大意义，有一天可能会在许多先进技术应用中得到广泛的使用。

科学家发现一种称为EuIn2As2的材料中存在一种“低对称螺旋磁序”（low-symmetryhelicalmagneticordering），这支持了一种目前广受欢迎的拓扑状态，称为轴子绝缘体(axioninsualtor)。这种状态与轴子粒子在量子色动力学中具有相似的特性，量子色动力学是暗物质的候选组分。在固态材料中，它在磁性能和电性能之间提供了显着的平行耦合。

EuIn2As2材料具有复杂的螺旋磁序，其轴子状态（axionstate）导致表面电子光谱中称为狄拉克锥的拓扑特征。当狄拉克锥出现在被磁有序的基本轴子穿透的材料表面上时，这种锥没有能隙（energygap），并且该表面表现出与电子自旋的方向相关的无阻传导，其它表面具有带间隙的狄拉克锥，支持半整数量化电导率。研究表明，使用适中的磁场开关，可以在哪些表面上支持哪种类型的狄拉克锥，从而可以调节表面传导。

如下图所示拓扑材料EuIn2As2中的复杂螺旋磁阶（右）支持无隙轴子狄拉克锥（左）出现在被磁性结构的蓝色箭头穿透并垂直于其的表面上的轴子绝缘体状态。这些表面支持无阻手性传导。其他表面带有间隙，并在样品边缘显示半整数量子异常霍尔型导电。

这种通过磁场在表面状态之间切换的能力，为检验拓扑状态的独特性质提供了实验途径。这种可调性对于诸如高精度传感器、无阻纳米线、磁存储介质、和量子计算机之类的技术，将具有极有希望的应用前景。

该研究论文，题为：“具有磁性晶体对称性保护的轴子电动力学和在EuIn2As2中现场可调的非固定狄拉克锥”，发表在最近的《自然-通讯》上。

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