电子电路最重要的功能是关闭开关。在万亿美元的全球半导体行业中，关键在于晶体管可以切换的方式或在集成电路放大信号。现在，美国研究人员的合作已证明使用太赫兹光在拓扑Weyl半金属相中进行超快速切换。除了为利用这些拓扑阶段的潜在应用打开大门之外，例如无耗散电子和容错量子计算机，该方法还可用于稳定材料中的非平衡拓扑相。

拓扑材料在整体中可以是绝缘的，但由于受对称保护的拓扑顺序而具有导电表面状态。年，苏联的物理学家预测了时间反转对称保护边缘状态的存在，但随着年实验观察到的拓扑绝缘体的报道，兴趣确实爆发了。除了对基础物理学的洞察外，拓扑状态还受到保护，不受环境波动的影响，并禁止反向散射，这是电子学中的主要耗散过程。这些属性可以为拓扑材料提供下一代电子设备的显着优势，特别是如果有一种方法可以将它们从一种状态切换到另一种状态。

超快拓扑开关：太赫兹光开关II型Weyl半金属拓扑相。图片来源：iStockLeeYiuTunSLAC

国家加速器实验室和美国斯坦福大学的研究员AaronLindenberg及其同事将注意力集中在一种Weyl金属上，这些材料是本身具有无质量手性准粒子激发的奇异材料。Weyl金属是狄拉克方程的解决方案，其中必须保持洛伦兹对称性，爱因斯坦狭义相对论的核心原则，并且它们在量子场理论和粒子物理学的标准模型中起着至关重要的作用。然而，在凝聚态物质研究的背景下，洛伦兹对称性不再是问题，并且推广该解决方案导致II型Weyl半金属。

Lindenberg和合作者研究的层状过渡金属二硫化物WTe2结晶成扭曲的晶格，缺乏反转对称性，导致II型Weyl点的半金属行为。正如研究人员在他们的报告中指出的那样，晶格应变可以调整拓扑不变量，从而提供切换相位的可能途径。然而，应用应变的常用方法-异质外延晶格失配和位错-不适合动力学过程。相反，Lindenberg和团队表明，他们可以使用太赫兹光应用足够的晶格应变，以实现相之间的超快速切换。

澳大利亚莫纳什大学的马克·埃德蒙兹与亚洲，美国和欧洲的合作者之前已经展示了使用应用电场在超薄Na3Bi中拓扑相转换以克服控制机械应变的挑战。Lindenberg和团队在他们的报告中指出，莱迪斯应变提供了调整这些拓扑不变量的最自然的方法，因为它直接改变了电子-离子相互作用，并可能改变拓扑性质所依赖的基础晶体对称性。

它们使用的太赫兹光束耦合到WTe2，在相邻层之间施加1％的剪切位移。大多数材料会在这么大的应变下断裂，但WTe2中的弱层间范德华力使其不易受损。正如林登伯格和合作者在他们的报告中所解释的那样，这种位移足以将Weyl点反手性带到一起，从而消灭它们。然而，在相反方向上移动层也可以使Weyl点之间的距离加倍，使得拓扑相更稳健。因此，该方法可以通过稳定非平凡材料中的非平衡拓扑相来帮助使可用拓扑材料的范围多样化。