图1：外尔半金属在各个研究领域的应用
展示外尔半金属在基础物理、材料设计和器件应用三大领域的研究路径。涵盖手性异常、超导现象、霍尔效应等基本特性，掺杂、外部调控与Moiré工程等实现手段，以及热电、自旋电子学、光子器件、能源领域的应用，强调其跨学科集成潜力。
图2：典型外尔半金属的晶体结构与能带结构
对比展示了薛定谔电子、狄拉克费米子与外尔费米子的色散特性。并展示了TbPtBi、XCrTe与HgTe等材料的晶体结构及其外尔节点（Weyl Point）分布，从结构上介绍外尔半金属的独特性质。这些材料为实现理想外尔半金属奠定了实验基础。
图3：外尔半金属的拓扑特征
展示了从普通绝缘体到外尔半金属再到拓扑绝缘体的拓扑相变过程。通过ARPES和理论模拟揭示了费米弧的能量演化与及其随结合能的演化特征。最后介绍了在外加磁场下发生的Lifshitz相变和外尔轨道现象，揭示了体态手性载流子与表面费米弧的量子耦合机制，这些独特的拓扑输运特性为开发新型量子器件提供了理论基础。
图4：外尔半金属中的超导性
图中展示了多种外尔材料（MoTe₂、(NbSe₄)₂I、TaIrTe₄、TaAs）在掺杂、压力或点接触条件下出现的超导现象。尤其是在Mo₁₋ₓTaₓTe₂中，通过Ta掺杂调控结构相变与超导临界温度，表明外尔材料具备拓扑超导平台的潜力。
图5：外尔半金属中的多种霍尔效应
图中总结了Co₃Sn₂S₂、Mn₃Sn与TaIrTe₄等外尔材料中的异常霍尔效应（AHE）、拓扑霍尔效应（THE）及非线性霍尔效应（NLHE），通过温度、磁场或晶向调控，展现出复杂而可控的输运行为。这些性质源于材料内部强Berry曲率及其对称性破缺特性。
图6：外尔节点的调控策略
图中通过磁性杂质掺杂、外加磁场与Moiré工程等手段，实现了从狄拉克点向外尔节点的相变，并展示了Berry曲率的演化。这些图示突出了材料设计在精确控制拓扑特性中的关键作用，尤其对理想外尔相的构建研究具有很大的参考意义。
图7：外尔半金属的热电效应
除了与温度梯度平行发生的Seebeck效应外，外尔半金属还表现出横向热电特性，在磁场存在下观察到Nernst效应。突显了其无需堆叠多层材料即可实现横向热电转换的优势。比较了WTe₂和TbPtBi的Nernst功率因子（PF）和热电优值（ZT），表明它们在低温下具有显著的热电性能。这些特性使外尔半金属成为高效热电能量转换尤其在低温环境下工作的理想候选材料。
图8：基于外尔半金属的光学现象
外尔半金属的手性节点对圆偏振光的选择性响应、基于轨道光电流效应（OPGE）轨道角动量（OAM）探测以及非线性光学效应（SHG、HHG），这些突破性发现不仅深化了对外尔费米子光-物质相互作用的理解，更为开发新一代非线性光学器件和超快光电子技术开辟了道路。
除此之外文中列出的三个表格系统整理了外尔半金属研究的关键要素：
表1汇总了各类外尔半金属的材料类型与对应制备方法，为实验合成提供技术参考；
表2归纳了多种霍尔效应的对称性条件、实验要求及潜在应用，有助于理解其输运机制与器件设计；
表3则对应外尔半金属的核心物理特性与典型应用场景，展示其在热电、自旋电子与光子器件等方向的广阔前景。该组表格旨在为科研人员提供结构化、高效的技术检索与对照参考。
表1.外尔半金属的制备方法
表2.外尔半金属中的霍尔效应
表3.各种应用与外尔半金属的基本特性
外尔半金属作为新型拓扑量子材料，因其独特的外尔节点和费米弧等拓扑特征展现出丰富的物理特性和广阔的应用前景。本文系统综述了该领域的研究进展：在基础物性方面，重点阐述了手性反常、超导现象和多种新型霍尔效应等特征；在材料工程方面，展示了通过元素掺杂、外场调控和Moiré工程等手段实现材料性能精确调控的方法；在应用开发方面，探讨了在热电转换、自旋电子学和光子学等领域的创新应用。尽管在材料制备、室温稳定性和器件集成等方面仍面临挑战，但随着研究的深入，外尔半金属有望在量子技术、能源转换和光电器件等领域带来重要突破，本文通过系统的理论分析、实验数据和图表展示，为该领域研究提供了全面参考。
论文链接
https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202506236
