Theory-Guided, Machine-Learning-Accelerated Discovery of a 3D Carbon Nested Nodal-Surface Semimetal
Yanshan University（燕山大学）
本文提出一种理论指导的机器学习加速方法，通过控制层状和位移来将石墨烯的狄拉克锥转化为三维节点面，并发现了一种新的稳定的碳同素异形体Netsene，其具有复杂的双碗状节点面系统和非平凡的拓扑性质。
2026-05-21 cond-mat.mtrl-sci
Spectroscopic Evidence on Realization of a Genuine Topological Nodal Line Semimetal in LaSbTe
节线半金属由于其独特的拓扑电子结构和奇异的物理性质而受到人们的广泛关注。一个真正的节线半金属是合格的狄拉克节点的存在沿着一条线在动量空间中，保护免受自旋轨道耦合。此外，它要求狄拉克点位于费米能级附近，允许支配宏观物理性质。虽然在许多化合物中已经从理论上预测了节线半金属的材料实现，但只有少数化合物得到了实验验证，并且真正的节线半金属的实现特别罕见。在这里，我们报告实现一个真正的节线半金属在LaSbTe。通过能带结构计算和角分辨光电子能谱（ARPES）测量研究了LaSbTe的电子结构。在考虑自旋轨道耦合的情况下，我们的能带结构计算预测在布里渊区的边界面上会形成一个结线，该结线是坚固的，并且靠近费米能级。在我们的ARPES测量中直接观察到了沿动量空间X-R线的狄拉克节点，这些狄拉克节点的能量都接近费米能级。这些结果构成了明确的证据，LaSbTe是一个真正的节线半金属，提供了一个新的平台，探索新的现象和可能的应用与节线半金属。
2021-02-26 cond-mat.mtrl-sci
Realization of nodal ring semimetal in pressurized black phosphorus
通过磁输运测量和理论计算，证明加压黑磷是理想的节环半金属，其节环可调且孤立，并揭示大磁阻源于各向异性弛豫时间。
2024-04-16 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Type-II nodal loops: theory and material realization
当两个带，通常是一个类电子带和一个类空穴带，沿着倒易空间中的一维流形彼此线性交叉时，就会出现节环。本文提出了一种新的节环，它是由两个类电子（或类空穴）带沿一定方向交叉而形成的。在这种环（称为II型节环）上的任何一点附近，线性光谱都强烈倾斜，并沿着一个横向方向倾斜，导致与传统（I型）节环相比，磁，光和输运响应的显着差异。我们表明，化合物K4P3是一个例子，主机对II型节环接近费米能级。每个环穿过整个布里渊区，因此只能在对称性保持时成对湮灭。环的对称性和拓扑保护以及相关的表面状态进行了讨论。
2017-08-22 cond-mat.mtrl-sci
Hybrid Nodal Loop Metal: Unconventional Magnetoresponse and Material Realization
节环是由带沿一维闭流形交叉形成的，环上的每个点是横向维度上的线性节点，并且可以根据带色散分为I型或II型。在这里，我们提出了一类节点回路组成的类型I和类型II的点，因此被称为混合节点回路。基于第一性原理的计算，我们预测实现这样的回路在现有的超导材料Ca2As。对于混合环，费米表面由共存的电子和空穴口袋组成，它们在扩展的费米能量范围内的孤立点接触，而不需要微调。这导致了非常规的磁响应，包括零场磁击穿和动量空间克莱因隧道可观察到的磁量子振荡，以及特殊的各向异性的回旋共振。
2018-02-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ideal Intersecting Nodal Ring Phonons in a Body-Centered Cubic C$_{8}$
碳是宇宙中最基本的多功能元素，具有丰富的同素异形相，其中大多数具有重要的拓扑费米子。在这项工作中，我们确定了一个独特的拓扑声子相位在一个现实的碳同素异形体的体心立方结构，称为bcc-C $_{8}$。我们通过对称性论证和有效模型分析表明，在不同的平面上存在三个相互垂直的交叉声子节环。交叉的声子节环由时间反演和反转对称性保护，其将相应的Berry相位转换为$π$的整数倍。与电子系统不同，由于缺乏自旋-轨道耦合，bcc-C $_{8}$中的声子节环保证保持无隙。投影在bcc-C $_{8}$的半无限（001）和（110）面上的几乎平坦的鼓面表面态清晰可见。我们的研究结果不仅发现了有前途的节环声子在碳同素异形体，但也提供了新兴的途径，探索拓扑声子以外的费米子电子在碳同素异形结构的吸引力的功能。
2018-11-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Nodal lines in momentum space: topological invariants and recent realizations in photonic and other systems
拓扑绝缘体是现代凝聚态理论中最有趣的现象之一。物质拓扑状态的独特和奇异性质允许单向无间隙电子输运和霍尔电导率的极其精确的测量。最近，新的拓扑效应发生在狄拉克/外尔点已经得到了更好的理解和证明，使用人工材料，如光子和声子晶体，超材料和电路。相比之下，节线的拓扑性质，这是一维退化的动量空间，仍然很少探索。在这里，我们解释的拓扑节点线的理论概念，并审查最近和正在进行的进展，使用人工材料。综述包括最近在动量空间中节线的非阿贝尔拓扑荷的演示以及在光子和其他系统中实现的节线的例子。最后，我们将解决涉及的挑战，在实验演示和理论理解的拓扑节点线。
2022-01-17 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Nodal surface semimetals: Theory and material realization
本文从理论上研究了具有晶体对称性保护的节面的三维拓扑半金属。与人们熟知的点半金属和线半金属不同，在这些材料中，导带和价带在布里渊区的封闭节面上交叉。我们提出了不同类别的节面，无论是在存在和不存在的自旋轨道耦合（SOC）。在没有SOC的情况下，一类节点表面可以通过时空反演对称性和亚晶格对称性来保护，并通过$\mathbb{Z}_2$指数来表征，而另一类节点表面则通过非对称的二重螺旋旋转对称性和时间反演对称性的组合来保证。我们表明，SOC的包含将破坏前一类节点表面，但如果反转对称性被破坏，则可以保留后者。我们进一步推广的结果，磁有序系统，并表明，保护节点表面也可以存在于磁性材料中没有和SOC，给定一定的磁群对称性要求得到满足。通过第一性原理计算，对几个具体的金属表面材料实例进行了预测。讨论了多节面材料的可能性。
2018-03-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
New Nanoporous Graphyne Monolayer as Nodal Line Semimetal: Double Dirac Points with an Ultrahigh Fermi Velocity
二维碳材料在纳米材料中占有重要地位。我们提出了一种新的碳单分子层，命名为六方-4，4，4-石墨炔（H4，4，4-graphyne），它是由矩形碳环和碳三键组成的纳米多孔结构。利用第一性原理计算，我们系统地研究了这种新材料的结构、稳定性和能带结构。我们发现它的能量比一些实验碳材料的能量低得多，并且至少在1500 K以下是稳定的。与其他二维碳单分子膜的单Dirac点能带结构不同，H4，4，4-石墨炔的能带结构沿高对称点呈现双Dirac点，对应的费米速度（1.04~1.27 * 106 m/s）不对称，且高于石墨烯。这些双狄拉克点的起源可以追溯到节线态，这可以很好地解释了紧束缚模型。当H4，4，4-石墨炔被放置在BN衬底的顶部时形成莫尔超结构，同时保持双狄拉克点。这些性质使得H4，4，4-石墨炔成为一种有前途的半金属材料，用于高速电子器件。
2018-03-18 cond-mat.mtrl-sci
Rectangular carbon nitrides C4N monolayers with a zigzag buckled structure: Quasi-one-dimensional Dirac nodal lines and topological flat edge states
基于第一性原理计算提出两种具有锯齿曲折结构的 C4N 单层，发现其具有准一维 Dirac 节线和边缘依赖的拓扑平带结构，Fermi 速度达 105 m/s，在高频电子器件中具应用潜力。
2024-01-07 cond-mat.mtrl-sci
Catalogue of topological electrons and phonons in all allotropes of carbon
该研究结合从头算与对称性分析，系统筛选703种碳同素异形体，编目315种理想拓扑声子材料与32种拓扑电子材料，并以uni和pbg揭示典型拓扑态及表面态。
2023-08-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Realization of a Type-II Nodal-Line Semimetal in Mg$_3$Bi$_2$
节线半金属（NLS）是超越Weyl和Dirac半金属的一种新型拓扑半金属，它们在布里渊区具有带简并的闭合环或开放曲线。与I型和II型外尔半金属的分类平行，有两种类型的NLS。传统的NLS相，其中形成节线的两个带沿垂直于节线的任何方向的斜率具有相反的符号，已被提出并在许多化合物中实现，而外来的II型NLS是非常罕见的。我们的第一性原理计算表明，Mg $_3$ Bi $_2$是一种候选材料，其围绕$Γ$具有单个II型节环。带交叉接近费米能级，并且两个交叉带沿环的径向方向的斜率具有相同的符号，表明节线的II型性质。自旋-轨道耦合在节点处仅产生小的能隙（$\sim$ 35 meV），并且不否定产生II型节线的Mg $_3$ Bi $_2$的能带色散。基于这一预测，我们已经合成了Mg $_3$ Bi $_2$单晶，并证实了材料中存在II型节线。我们的角分辨光电子能谱（ARPES）测量结果与我们的第一原理结果一致，从而建立Mg $_3$ Bi $_2$作为一个理想的材料平台，用于研究第二类节线半金属的奇异性质。
2017-11-24 cond-mat.mtrl-sci
Topological gimbal phonons in T-carbon
电子系统中的拓扑金属态已经得到了广泛的研究，但迄今为止，拓扑声子仅在少数例子中被探索。在这里，我们第一次发现拓扑结万向节声子，I型和II型Weyl声子同时存在于T-碳，最近实现的新的碳的同素异形体。在15.2THz附近，我们发现在Γ点周围存在三个相互交叉的节环（称为节环声子），在每个X点周围的布里渊区边界上存在两对I型Weyl声子。此外，在每个L点附近存在三对约14.5THz的II型Weyl声子。结果表明，这些奇异的拓扑声子受到相应的对称性的保护，并导致拓扑非平凡的表面态。我们的研究结果不仅提供了大量有趣的拓扑声子态在一个简单的材料，如T-碳，但也提供了一个新的平台，研究拓扑声子的新性质，这将有助于进一步的实验和理论工作在未来。
2021-05-01 cond-mat.mtrl-sci
Pseudo Dirac Nodal Sphere: Unusual Electronic Structure and Material Realization
在三维动量空间中，导带和价带交叉于零维Dirac节点（DNPs）或一维Dirac节点线（DNLs）的拓扑半金属（TSM）由于其奇异的电子性质而引起了人们的广泛关注.在这里，我们推广的TSM状态进一步到一个更高的对称性和更高的维度的伪狄拉克节球（PDNS）状态，与带交叉形成一个二维的封闭的费米能级球。PDNS态的特征在于由多个交叉DNL组成的球形骨架，而DNL之间的带简并近似由弱相互作用维持。它表现出一些独特的电子性质和低能激发，如不同于DNPs和DNLs的集体等离子体激元。基于晶体的对称性，我们从理论上证明了两种可能的PDNS态，并确定了所有可能的带交叉与一维不可约表示对形成PDNS态在32个点群。重要的是，我们发现应变MH3（M= Y，Ho，Tb，Nd）和Si_3N_2是实现这两种PDNS态的候选材料。作为一种高对称性要求的态，PDNS半金属可以被看作是其他拓扑能隙态和无能隙态的“母相”。
2018-08-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Construction of Negatively Curved Cubic Carbon Crystals via Standard Realizations
我们构建了物理稳定的sp2负弯曲立方碳结构，网状的Schwarz P-样表面。构造这种晶体结构的方法是基于抽象晶格的标准实现的概念。本文阐述了构造这种晶体结构的数学方法。
2016-01-09 cond-mat.mtrl-sci math.DG
Realization of Hopf-link structure in phonon spectra: Symmetry guidance and High-throughput investigation
本研究通过对称性指导和高通量筛选10034种材料，在113种材料的声子谱中发现了Hopf-link结构，为探索其奇特性质提供了实验平台。
2024-12-02 cond-mat.mtrl-sci
A systematic study of stacked square nets: from Dirac fermions to material realizations
非对称对称性保护了方网材料中的狄拉克线节点。这种现象在ZrSiS中观察到最显著。在这里，我们系统地研究了由不同的方法嵌入到一个更大的单位细胞的方网的保护节点费米子。令人惊讶的是，我们发现，一个非对称空间群是不是一个必要条件的填充强制半金属：对称空间群也可以主机节点费米子是由带折叠和电子计数，也就是说，一个特定的结构基序与电子填充相结合。我们应用这种对称性分析的结果来定义一个算法，我们利用它来找到在特定的对称空间群中具有节点费米子的方网材料。我们强调的结果之一，这种搜索，化合物的ThGeSe，这还没有讨论过的节点费米子的上下文中。最后，我们讨论了如何带折叠可以施加约束带连接超越连接的单一基本带表示。
2020-04-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spindle Nodal Chain in Three-Dimensional alpha' Boron
拓扑金属/半金属（Topological Metal/Semimetals，TMs）是量子材料领域的一个新前沿。虽然有一些二维硼片被认为是Dirac材料，但迄今为止还没有发现由三维硼结构构成的TM.本文通过系统的第一性原理计算，发现了一种相当稳定的三维硼同素异形体，即3D-alpha'硼，是一种链状半金属.在动量空间中，六条节线和六个环相互接触，形成了一种新型的纺锤节链。这种3D-α '硼可以通过堆叠2D摆动α'硼片来形成，其也是金属环半金属。此外，我们的化学键分析表明，三维和二维硼结构的拓扑性质与硼原子间的π键有关，但其成键特征与二维和三维碳结构不同。
2018-04-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Three-nodal surface phonons in solid-state materials: Theory and material realization
今年，刘\textit{et al} . [Phys. Rev. B \textbf{104}，L041405（2021）]提出了一类新的拓扑声子（TP;即，单节面（one-nodal surface，NS）声子），为在声子系统中实现单节面声子提供了一条有效途径。在这项工作中，基于第一性原理计算和对称性分析，我们扩展了NS声子的类型从一个NS声子到三个NS声子。在三维布里渊区（BZ）中，三个NS声子（NS态位于$k_{i}$ = $π$（$i$ = $x$，$y$，$z$）平面上）的存在是由二重螺旋对称性和时间反演对称性的结合所加强的.我们筛选了所有230个空间群（SG），发现了9个候选群（SG编号（编号））。19，61，62，92，96，198，205，212和213）托管三NS声子。有趣的是，在第一性原理计算的帮助下，我们鉴定了$P2_{1}$ 2 $_{1}$ 2 $_{1}$ -型YCuS $_{2}$（SG No. 19），$Pbca$ -NiAs型$_{2}$（SG No. 61），$Pnma$型SrZrO $_{2}$（SG No. 62），$P4_{1}$ 2 $_{1}$ 2型LiAlO $_{2}$（SG编号92），$P4_{3}$ 2 $_{1}$ 2型ZnP $_{2}$（SG No. 96），$P2_{1}$ 3型NiSbSe（SG编号198），$Pa\b…
2021-08-31 cond-mat.mtrl-sci
Realization of multiple topological states and topological phase transitions in (4,0) carbon nanotube derivatives
本研究提出(4,0)碳纳米管衍生物作为平台，通过紧束缚模型和第一性原理计算，实现从一维到三维的多种拓扑态及拓扑相变，为拓扑碳材料家族增添新成员。
2023-10-08 cond-mat.mtrl-sci
A Photoinduced Floquet Mixed-Weyl Semimetallic Phase in a Carbon Allotrope
光与物质之间的相互作用引起了人们对探索新的拓扑量子态及其相变的极大兴趣。在这里，我们通过第一性原理计算和Floquet定理表明，一个碳的同素异形体bct-C $_{16}$，一个典型的半金属，表现出奇异的光诱导Floquet混合Weyl半金属功能。在线偏振光的照射下，bct-C $_{16}$发生了从Driac线半金属到Weyl半金属的拓扑相变，并具有两对可调的Weyl点。随着光照强度的增加，左手外尔点从I型演化为II型，而右手外尔点始终保持I型，从而产生了由不同类型外尔点组成的光修饰非常规外尔对。重要的是，由I型和III型外尔点形成的特殊外尔对存在于I型和II型状态之间的边界处。连接两种不同类型外尔点投影的Floquet费米弧清晰可见，进一步揭示了它们独特的拓扑特征。我们的工作不仅实现了有希望的非常规Weyl对，而且为研究光诱导拓扑相变奠定了可靠的途径。
2020-09-10 cond-mat.mtrl-sci
Realization of strain induced multiple topological phases in Cu$_2$SnS$_3$: An $ab$-$initio$ study
本研究通过第一性原理计算发现，单轴压应变可在正交晶系Cu$_2$SnS$_3$中诱导出第二类节环、第三类节环及外尔相等多种拓扑相及其相变，并揭示了应变驱动的拓扑平带机制。
2025-10-10 cond-mat.mtrl-sci
Topological Phase with Critical-Type Nodal Line State in Intermetallic CaPd
近年来，实现物质的新拓扑相一直是物理学和材料科学领域的研究热点。根据费米子锥的倾斜程度，拓扑半金属和金属通常可以分为两类：第一类和第二类。本文首次报道了一种新的拓扑金属相，其临界型节线介于第一型和第二型节线之间。临界型节线显示出一个独特的非平凡带交叉，它由一个at带和一个色散带组成，并导致一个新的费米子态。我们提出金属间化合物CaPd可以作为一种新的费米态的拓扑金属，其特征在于体相具有临界型节线，表面具有鼓面能带结构。我们的工作不仅推广了临界型节线的概念，而且为今后的实验研究其奇异性质提供了物质实现。
2018-12-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Symmetry Demanded Topological Nodal-line Materials
狄拉克和外尔物理在固体中的实现使拓扑材料成为凝聚态物理的主要研究热点之一。最近，拓扑节线半金属（topological nodular line semimetals）成为拓扑量子物质研究的一个热点。在拓扑节线半金属中，沿着动量空间中的特殊线的Dirac或Weyl类交叉产生了一个封闭的环或简并线，而不是离散的点。在这里，我们回顾了实验证实和理论预测的拓扑节线半金属，特别侧重于在各种材料中的节线的对称性保护机制。三种不同的机制：讨论了反演和时间反演对称性、镜像反射对称性和非对称对称性的组合，以及它们在自旋轨道耦合作用下的鲁棒性。我们还提出了一种新的外尔节线材料，Te平方网化合物KCu $_2$ EuTe $_4$，它有几个外尔节线，包括一个非常接近费米能级（$<$ 30 meV低于E $_F$）。最后，我们讨论了潜在的实验签名观察奇异属性的节线物理。
2017-11-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Experimental observation of bulk nodal lines and electronic surface states in ZrB$_2$
拓扑线-线半金属的特征是线接触体能带交叉和拓扑表面态。打破某些保护对称性将这个系统变成狄拉克半金属或外尔半金属，其中包含零维孤立节点。能带理论的最新进展预测了AlB $_2$型二硼化物中具有新型节线的拓扑半金属态。在这里，我们报告的实验实现的角分辨光电子能谱结合第一性原理计算的ZrB $_2$的费米能附近的线费米子和相关的表面态。ZrB $_2$中的狄拉克节线缠绕成两组节环，它们沿$Γ$ - $K$方向连接在一起。我们进一步观察到一个独特的表面状态连接到每个节线，指示的非平凡的拓扑性质的散装节线。因此，我们的研究结果提供了令人信服的实验证据的半金属态的ZrB $_2$在体和表面上，这表明ZrB $_2$作为一个显着的平台，发现独特的现象诱导的半金属线费米子。
2018-09-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Three-dimensional graphene networks modified with acetylenic linkages for high-performance optoelectronics and Li-ion battery anode material
寻找具有合适带隙和优良光电性能的三维半导体碳同素异形体一直是新兴的全碳光电子学研究者追求的目标。另一方面，3D碳材料也被认为是锂离子电池（LIB）中优于商业化石墨的有前途的阳极材料。在这里，使用第一性原理计算，我们提出了两个新的三维碳同素异形体通过炔键修饰的两个结构密切相关的三维碳结构-碳kagome晶格（CKL）和互穿石墨烯网络（IGN）。改性的CKL是一个真正的直接带隙半导体，并可能具有最强的光学跃迁系数之间的所有半导体碳同素异形体。合适的带隙和小的有效质量也意味着它可以是用于钙钛矿太阳能电池的良好的电子输运材料（ETM）。对于改性后的IGN，它是一种拓扑结构的半金属，作为锂离子电池的阳极材料，其比容量比IGN有很大提高。我们的工作不仅为高性能光电子和锂离子阳极材料找到了两种具有极好物理和化学性能的新3D碳相，还为创造具有多功能特性的各种碳结构提供了新的视角。
2019-08-20 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Experimental Realization of Two-Dimensional Boron Sheets
硼是元素周期表中的第五种元素，具有仅次于碳的丰富化学性质。硼的一个显著特征是B12二十面体笼在本体硼和许多硼化合物中作为构建块出现。这与它的相邻元素碳形成对比，碳更喜欢2D层状结构（石墨）的块状形式。另一方面，中等尺寸的硼团簇被预测为平面或准平面，如B12+，B13+，B19-，B36等，这也与表现出各种笼状结构的碳团簇（富勒烯）形成对比。因此，硼和碳可以被看作是一组互补的化学系统，在它们的块体和团簇结构。现在，随着石墨烯的蓬勃发展，一个有趣的问题是，硼是否也可以形成单原子层2D片状结构？在这里，我们报告的第一个成功的实验实现的二维硼片。我们揭示了两种类型的硼片结构，对应于一个三角形的硼晶格与不同的安排的六边形孔。此外，我们的硼片被发现是相对稳定的抗氧化，并每周与基板相互作用。这种期待已久的2D硼片的实现可以为硼电子打开一扇大门，类似于基于石墨烯的碳电子。
2015-12-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Discovery of Weyl nodal lines in a single-layer ferromagnet
二维材料在基础研究和器件应用方面都得到了广泛的关注和快速的发展。在二维材料中寻找奇异的物理性质，例如磁性和拓扑有序，可以实现新型量子器件，因此处于材料科学的最前沿。在这里，我们报告的发现，在二维铁磁材料，单层钆-银化合物，结合角度分辨光电子能谱测量和理论计算的基础上的双重简并外尔节线。这些外尔节线是对称保护的，因此对外部扰动是鲁棒的。磁性和拓扑秩序在二维材料中的共存可能会为设计和实现新型纳米自旋电子器件的持续努力提供信息。
2019-01-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Symmetry-enforced Band Nodes in 230 Space Groups
利用晶体学对称性在布里渊区（BZ）中产生的能带接触（BTs）对拓扑半金属进行了分类和预测。虽然早期提出的拓扑半金属在BZ中包含孤立的节点，但后来提出的节点线半金属可以承载几个节点线/环的各种结构：节点链、节点网或霍普夫链等。在这项工作中，利用相容关系，我们首先列出了所有可能的高对称线（HSL），这些线本身可以是节点线，高对称平面（HSPL）可以承载节点环，高对称平面（HSPL）是所有230个SG的节点表面，考虑或不考虑自旋轨道耦合和时间反演对称。然后，我们将展示如何诊断一个节环从带交叉在HSL，或节线/表面从不可约表示（irrep）的高对称点（HSP），而其余的情况下对应的节点。在我们的结果中，这些必要的情况下，节点/线/回路/表面必须存在，突出，因为他们是有希望的实现（近）理想的节点/线/回路/表面半金属，以及系统具有灵活的可调性拥有固定的拓扑节点/线/回路/表面的结构。基于我们的研究结果，SG允许霍普夫链结构与一条直线穿过一个节环，或两个嵌套的节环躺在两个各自的高对称平面，突出显示，与预测的材料是B $_5$ Pb $_2$ IO $_9$在SG 34和SrAl $_2$ Au $_3$在SG 62，分别。我们的详尽的结果可以作为一个有用的指导，有效地预测和设计材料或人工系统具有奇异的几何节点结构的能带简单的基础上的结构对称性。
2021-02-18 cond-mat.mtrl-sci
Spectroscopic Evidence for Dirac Nodal Surfaces and Nodal Rings in Superconductor NaAlSi
拓扑态的发现已成为凝聚态物理的一个重要课题，其研究重点已从Dirac或Weyl点扩展到节线和节面的高维拓扑态。为了使拓扑材料表现出其量子特性并在应用中变得有用，拓扑状态需要是真实和干净的，使得它们接近费米能级，而没有其他平凡的能带存在于费米能级。虽然人们预测了许多高维拓扑材料，但只有少数被合成和证实，特别是真正的和干净的。本文报道了在NaAlSi中实现真正干净的高维多重拓扑态。通过高分辨角分辨光电子能谱测量和能带结构计算，我们在NaAlSi中观察到两组结面和两个同心结环态的形成。观察到的节环的不同之处在于，内部的一个是{ \uppercase \expandafter{\romannumeral1} }型节环，而外部的一个是{ \uppercase \expandafter{\romannumeral1} }型节环，嵌入四个{ \uppercase \expandafter{\romannumeral3} }型节点。节环中的所有能带都非常接近费米能级，没有其他平凡能带共存于费米能级。这些观察使NaAlSi成为探索新的量子态和奇异性质的理想拓扑材料。
2023-03-20 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Engineering two-dimensional nodal semimetals in functionalized biphenylene by fluorine adatoms
本研究针对联苯烯网络提出新能带调控方案，揭示了其II型狄拉克费米子的形成机制，并证明通过周期性氟化可构建多种狄拉克费米子与节点线半金属，氟原子通过调控相消干涉和镜面对称性发挥关键作用。
2024-01-31 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Dynamical Weyl Points and 4D Nodal Rings in Cold Atomic Gases
超冷原子气体的可控性已经达到了前所未有的水平，允许实验实现长期追求的无源泵浦，这可以被解释为动态量子霍尔效应。另一方面，在能带结构中具有接触点和环的Weyl半金属和Weyl节线半金属在过去几年中引起了各个领域的极大兴趣。在这里，我们表明，动态Weyl点和动态4D Weyl节环，这是由准动量和时间形成的参数表面上的第一陈数保护，出现在一个二维和三维系统，分别。我们发现，拓扑泵发生在这些系统中，但泵浦粒子的数量是不量化的，可以通过控制实验参数在很大范围内连续调谐。我们还提出了在冷原子气体中实现动力学Weyl点和4D Weyl节环并观察它们相应的拓扑泵的实验方案。
2018-03-11 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.quant-gas
Realization of Pristine and Locally-Tunable One-Dimensional Electron Systems in Carbon Nanotubes
近年来，已经开发了几个能够调节量子哈密尔顿算子局部参数的实验系统。例子包括超冷原子、俘获离子、超导电路和光子晶体。通过设计，这些系统具有可忽略的混乱，赋予它们高水平的可调性。相反，传统凝聚态系统中的电子存在于不完美的主体材料中，使它们受到无法控制的随机无序，这通常会破坏微妙的相关相位并排除局部可调性。因此，实现无无序和局部可调的凝聚态系统仍然是一个突出的挑战。在这里，我们展示了一种新的技术，用于在碳纳米管中悬浮在前所未有的复杂电路上确定性地创建局部可调的超低无序电子系统。使用传输实验，我们表明，电子可以定位在任何位置沿纳米管和限制电位可以顺利地从一个位置移动到另一个位置。几乎完美的镜像对称的传输特性的中心的纳米管建立电子无序的影响可以忽略不计，从而允许在精密工程的一维潜力的实验。我们进一步展示了在选定的间距定位多个纳米管的能力，将这些设备推广到耦合一维系统。这些新的能力为一维电子学、力学和自旋等广泛的新实验打开了大门。
2014-01-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Phononic Helical Nodal Lines with $\mathcal{PT}$ Protection in MoB$_{2}$
虽然凝聚态系统同时拥有费米和玻色子准粒子，但可靠地预测和经验验证拓扑状态仅适用于费米电子结构，而拓扑玻色子激发只是偶尔探索。这是不幸的，因为玻色子系统（例如声子）提供了评估无自旋能带结构的机会，其中可以实现节线，而无需调用特殊的附加对称性来防止自旋轨道耦合。在这里，我们结合第一性原理计算和兆电子伏分辨率的非弹性X射线散射，证明宇称-时间反转（$\mathcal{PT}$）对称性保护的螺旋节线的声子谱的MoB $_{2}$的第一个实现。这种结构是声子系统所独有的，因为电子系统中存在的自旋-轨道耦合倾向于将简并度从高对称位置提升。我们的研究建立了一个协议，以准确地识别拓扑玻色子激发，开辟了一条新的路线，探索奇异的拓扑状态在晶体材料。
2019-10-30 cond-mat.mtrl-sci
Type-II topological metals
拓扑金属是一类特殊的金属材料，在费米能级附近存在非平凡的带交叉，从而产生特殊的准粒子激发。可以基于这些频带交叉的特性对TM进行分类。例如，根据交叉的维度，TM可以分为点金属、线金属和面金属。另一个重要的性质是分散的类型。根据交叉点附近的局部色散的倾斜程度，我们有I型和II型色散。这导致材料的物理性质的显着差异，由于它们的费米表面拓扑结构的对比。本文简要综述了这一研究方向的最新进展，重点介绍了II型点和线TM的概念、物理性质和材料实现。
2020-04-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Second-Order Real Nodal-Line Semimetal in Three-Dimensional Graphdiyne
具有真实Chern数和二阶边界模的真实拓扑相位是当前研究的热点，但找到它们的物质实现仍然是一个挑战。在这里，基于第一性原理计算和理论分析，我们揭示了已经实验合成的三维（3D）graphdiyne作为第一个现实的例子，最近提出的二阶真正的金属线半金属。我们表明，该材料主机的一对真正的节点环，每个保护由两个拓扑电荷：一个真正的陈数和一维缠绕数。这两种电荷在不同的边界处产生不同的拓扑边界模式。实陈数导致一对铰链费米弧，而缠绕数保护双鼓面表面带。我们开发了一个低能量的三维graphdiyne模型，它捕获了基本的拓扑物理。实验方面和可能的拓扑过渡到一个3D真正的陈省身绝缘体相进行了讨论。
2021-12-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tunable Charged Domain Wall from Topological Confinement in Nodal-Line Semimetals
本文从理论上研究了拓扑双金属半金属的电子结构。我们表明，在存在的间隙开放的空间依赖的质量项，形成一个域壁，在间隙带电局域模式出现在域壁。结果表明，这种畴壁是通过头对头（或尾对尾）体电极化的强度实现的。局部模式具有拓扑起源，即，实现了拓扑限制，其通过在半经典动量-实空间中定义的半经典拓扑数来理解。与以前的研究相比，我们的研究表明，在两个绝缘体之间的界面没有散装拓扑数的拓扑限制。此外，随着体带隙的增加，局域模的色散从无带隙演变为带隙，这意味着其电导率是外部可调的。我们讨论了一个可能的实验实现的稳定，电可调的带电畴壁。
2019-10-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ideal Nodal-Sphere Semimetal in the Three-Dimensional Boron Allotrope CT-B$_{24}$
Yanshan University（燕山大学）
本研究结合第一性原理计算与对称性分析，预测新型三维硼同素异形体CT-B₂₄为近乎理想的节球半金属，证实其结构稳定性，揭示其电子结构、表面态特征及应变诱导拓扑相变，为节球物理研究与拓扑器件研发提供新平台。
2025-10-21 cond-mat.mtrl-sci
Linear and nonlinear transport responses of topological nodal-line semimetals
Instituto de Ciencias Nucleares, Universidad Nacional Autónoma de México（墨西哥国立自治大学核科学研究所）
本文研究拓扑节线半金属中静电势垒的电荷输运，发现节线拓扑保护的克莱因隧穿，并推导线性和非线性电导表达式，揭示非线性增强和霍尔电流等输运特征，为器件应用提供途径。
2026-09-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Porous-B$_{18}$: An Ideal Topological Semimetal with Symmetry-Enforced Orthogonal Nodal-Line and Nodal-Surface States
Yanshan University（燕山大学）
本研究预测亚稳态硼同素异形体Porous-B₁₈是理想拓扑半金属，其费米能级附近共存受对称保护的节面与正交节线，能带洁净且稳定性优异，为探索相关拓扑量子现象提供平台。
2025-11-11 cond-mat.mtrl-sci
From triple-point materials to multiband nodal links
我们研究了一类拓扑材料，它们的动量空间能带结构表现出三重简并性，称为三相点。特别是专注于$\mathcal{P}\mathcal{T}$ -对称的晶体固体与可忽略的自旋轨道耦合，我们发现，这样的三相点可以稳定的小集团包含一个三，四或六倍的旋转轴，我们开发了一个分类的所有可能的三相点为A型与B型根据的情况与存在的附加的切线弧。此外，采用最近发现的非阿贝尔带拓扑，我们认为，旋转对称性破缺应变转换成多带节点链接的A型三相点。虽然多带谱线成分以前在理论上被设想和有关的拓扑电荷，一个实际的凝聚态物质的平台，他们的操作和检查迄今为止一直失踪。通过回顾已知的弱自旋轨道耦合的三相点材料，并通过执行第一性原理计算预测新的，我们确定合适的候选人实现多带节点链接在施加应变。特别是，我们报告说，一个理想的化合物来研究这种现象是锂$_2$ NaN，其中的转换三相点的多频带节点链接有利于很大程度上可调的状态和光导电性与掺杂和应变，分别。
2022-02-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Hourglass Weyl loops in two dimensions: Theory and material realization in monolayer GaTeI family
二维（2D）系统中的节点环通常易受自旋轨道耦合（SOC）的影响。在这里，我们探讨了2D系统的一种类型的双退化的节点回路，是强大的SOC下，并具有沙漏型分散。我们提出了实现这种沙漏外尔环，其中涉及非对称晶格对称性的对称性条件。根据对称性，环可以在布里渊区中呈现不同的图案。基于第一性原理计算，我们确定单层GaTeI族材料作为一个现实的材料平台，实现这样的循环。这些材料具有围绕高对称点的单个沙漏外尔环。有趣的是，还有一个额外的螺旋轴使自旋轨道狄拉克点。我们表明，沙漏外尔环和狄拉克点是强大的各种应用应变下。通过破坏螺旋轴，狄拉克点可以转化为第二个外尔环。此外，通过打破滑动镜，沙漏外尔环和自旋轨道狄拉克点都可以转化为一对自旋轨道外尔点。我们的工作提供了指导和现实的材料候选人探索迷人的物理几种新颖的二维涌现费米子。
2019-05-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Engineering Ideal 2D Type-II Nodal Line Semimetals via Stacking and Intercalation of van der Waals Layers
College of Physics and Electronic Engineering, Center for Computational Sciences, Sichuan Normal University（四川师范大学物理与电子工程学院计算科学中心）
通过原子插层工程范德华双层实现理想二维型-II节点线半金属，展示其铁磁拓扑半金属特性。
2026-01-01 cond-mat.mtrl-sci
PAI-graphene: a new topological semimetallic two-dimensional carbon allotrope with highly tunable anisotropic Dirac cones
利用进化算法预测晶体结构，提出了一种新的稳定的二维碳同素异形体，即PAI-石墨烯，它是由聚合的不对称引达省（PAI）以锯齿形排列组成的，其能量低于大多数已报道的石墨烯的二维同素异形体。最重要的是，晶体结构实现了一个非对称层组，该层组使能带结构具有非平凡的全局拓扑结构，其中两个狄拉克锥完美地位于费米能级。不存在电子/空穴袋使得PAI-石墨烯成为具有各向异性费米速度的原始结晶拓扑半金属，所述费米速度具有高值$7.0 \times 10^{5}$ m/s。我们发现，虽然半金属属性的同素异形体是强大的应变的应用程序，狄拉克锥和费米速度的位置可以修改显着应变。此外，通过组合沿x和y方向的应变，在$Γ$处发生两个能带反转，导致狄拉克节点的湮灭，证明了拓扑半金属到半导体的应变控制转换的可能性。最后，我们制定的散装边界对应的拓扑节点相的形式，一个广义的扎克相参数找到一个完美的协议与拓扑边缘状态计算不同的边缘终端。
2020-07-23 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Logic Ciucuits Using Solution-processed Single-walled Carbon Nanotue Transistors
这封信报告的实现逻辑电路采用解决方案处理网络的单壁碳纳米管。我们构建了基本的逻辑门（反相器，NAND和NOR）与n型和p型场效应晶体管制造的基于溶液的化学掺杂。互补金属氧化物半导体逆变器的电压增益高达20，这说明了碳纳米管网络在可印刷柔性电子产品中的巨大潜力。
2008-02-04 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Structural Deformation and Metal-Semiconductor Transition in Coupled Carbon Chains
带隙（半导体）和无隙（金属）相之间的过渡和材料中带隙的可调谐性是新时代器件制备的一个非常有利可图但相当具有挑战性的目标。对于块体材料和二维层状系统，这是一个快速扩展的领域。我们从理论上提出了一种带隙可调的一维纯碳材料。我们发现，两个平行耦合的聚炔链显示金属行为与费米能级上的带交叉，不像单个半导体链。节点的数量（两个）在横向和纵向应变下是稳健的，这表明金属相的弹性保护性质。一条链相对于另一条链的滑动破坏了反射对称性，并且在节点处打开了明显的带隙，导致带隙相位。通过改变滑动参数，可以有效地调节带隙。这项工作启动并表明真正的一维材料的可能的拓扑相位没有参与的边缘模式。
2022-02-07 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
High-throughput Investigations of Topological and Nodal Superconductors
对称性指标的理论，使数据库搜索拓扑材料在正常的导电阶段，这导致了几个非线性拓扑材料数据库。到目前为止，这样一个数据库的拓扑超导体尚未实现，因为缺乏信息的配对对称性的现实材料。在这项工作中，避开这个问题，我们解决了另一个问题：预测的拓扑和节点超导性的材料为每个单值表示的点群。基于最近开发的超导体的对称性指标，我们提供了全面的映射从配对对称性拓扑或节点超导性质的无机晶体结构数据库中列出的超导材料。我们定量地表明，大约90%的计算材料是拓扑或节点超导体时，属于一个一维的非平凡的irrep点群的配对被假定。当材料是表征强化的节点超导体时，节点的位置和形状也被识别。这些数据汇总在\textit{Database of Topological and Nodal Supercoductors}。我们还提供了一个子程序\textit{Topological Supercon}，它允许用户通过上传第一性原理计算的结果作为输入来检查任何材料本身的超导相的拓扑性质。我们的数据库和子程序，结合实验，将帮助我们理解的配对机制，并促进实现长期寻求的马约拉纳费米子有希望的拓扑量子计算。
2022-03-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Contemporary Insights into Electronic Structure and Microscopic Transport in Nodal-Line Semimetals
International Research Centre MagTop, Institute of Physics, Polish Academy of Sciences（波兰科学院物理研究所马格托国际研究中心）；Division of Synchrotron Radiation Research, Lund University（隆德大学同步辐射研究系）；MAX IV Laboratory, Lund University（隆德大学MAX IV实验室）；Department of Materials Science, University of Milan-Bicocca（米兰比可卡大学材料科学系）；Consiglio Nazionale delle Ricerche CNR-SPIN, c/o Universitá degli Studi ”G. D’Annunzio”（加富尔国家研究委员会CNR-SPIN（安努齐奥大学））；SPIN-CNR, UOS Salerno（萨莱诺SPIN-CNR联合办公室）
本文综述了节点线半金属的理论框架和实验实现，重点讨论其对称性保护、对称性破缺的影响以及电子结构测量和输运现象中的特征。
2026-05-08 cond-mat.mtrl-sci
Enhanced electron correlations in the new binary stannide PdSn4: a homologue of the Dirac nodal arc semimetal PtSn4
半金属线的出现，即系统中的传导和价带沿着布里渊区内的闭合轨迹（线或环）相互交叉，为拓扑凝聚态的探索开辟了一个新的舞台，其中，由于费米能级附近的态密度消失，电子相关效应也可能发挥重要作用。然而，尽管概念上如此丰富，但实际上实现环形费米子的材料很少，只有PbTaSe 2，ZrSiS和PtSn 4是唯一有希望的已知候选者。在这里，我们报告的合成和物理性质的一个新的化合物PdSn 4，是同构的PtSn 4，但具有准粒子与显着增强的有效质量。此外，PdSn 4显示出不寻常的极角磁阻，在一定的磁场方向，随磁场线性变化高达55特斯拉。我们的研究表明，与其同系物PtSn 4的低激发最近被声称拥有狄拉克节点弧，PdSn 4可能是一个很有前途的候选人在寻找新的拓扑状态增强相关效应。
2017-07-01 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Mesoscopic Modeling of Structure-Transport Relationships in Dense CNT Films Containing Amorphous Carbon
Le Mans université（勒芒大学）；Nanolayers Research Computing Ltd.（纳米层研究计算有限公司）；Nantero Inc.（纳米特罗公司）；University College London（伦敦大学学院）
采用粗粒化分子动力学构建含不同手性和长度的碳纳米管的介观模型，结合节点分析框架研究结构描述符对电输运的影响，发现高曲率、低束集和强连接性增强电流。
2026-05-26 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Antiferromagnetism-driven two-dimensional topological nodal-point superconductivity
磁体$/$超导混合体（MSH）有望承载涌现的拓扑超导相。一维（1D）和二维（2D）磁系统在接近s波超导体的证据显示，具有零能端态和手征边缘模式的能隙拓扑超导性。最近，有人提出过渡金属二硫属化合物4Hb $-$ TaS $_2$是一种无带隙拓扑临界点超导体（TNPSC）。然而，还没有在MSH系统中实验实现TNPSC。在这里，我们提出了发现TNPSC反铁磁（AFM）单层顶部的s波超导体。我们的计算表明，拓扑相驱动的AFM秩序，导致出现一个无隙的时间反转不变的拓扑超导态。使用低温扫描隧道显微镜，我们观察到一个低能量的边缘模式，它分离的拓扑相位从平凡的，在反铁磁岛的边界。正如计算所预测的那样，我们发现边缘模的相对光谱权重取决于边缘的原子构型。我们的结果建立了反铁磁性和超导性的组合作为一种新的路线来设计二维拓扑量子相位。
2022-08-25 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Novel Family of Topological Semimetals with Butterfly-like Nodal Lines
近年来，拓扑半金属的奇异性质引起了人们的极大关注，人们在寻找新的拓扑相和材料实现方面做出了巨大的努力。在这项工作中，我们提出了一个新的家庭的TSM港口前所未有的节线（NL）景观组成的一对同心相交的共面椭圆（CICE）在半填充。同时，半填充时的CICE保证了在半填充之后存在第二对CICE。这两个CICE的链接在四重退化点（FDPs）在区域边界。此外，我们确定了在时间反演不变的{ \it spinless}费米子系统或自旋轨道耦合（SOC）可忽略的spinfull系统中存在CICE的一般准则。因此，230个空间群（SG）中的9个是可行的，用于托管CICE，其位置中心在第一布里渊区（BZ）被识别。我们提供了一个最简单的模型与SG $Pbam$（第55号），它表现出CICE，和异国情调的交织鼓面表面状态，诱导双带反转。最后，我们提出了一系列的候选材料，主机蝴蝶状的CICE非线性，如，ZrX $_2$（X=P，As），GeTe $_5$ TI $_2$，CYB $_2$和Al $_2$ Y $_3$。
2020-05-09 cond-mat.mtrl-sci
Grapheayne: a class of low-energy carbon allotropes with diverse optoelectronic and topological properties
通过系统的第一性原理计算，预测了一系列具有新颖光电性质和丰富拓扑结构的碳同素异形体。这些迷人的碳同素异形体可以通过将炔键（-C $\equiv$ C-）插入石墨中而得到，因此它们被称为石墨烯。Grapheayne具有两个不同的空间群，$P$ 2/ $m$或$C$ 2/ $m$，并且同时含有$sp$、$sp^2$和$sp^3$化学键。它们的形成能低于已经实验合成的石墨二炔和其他理论预测的具有炔键的碳同素异形体。特别地，当石墨- $n$的宽度$n$超过15时，其内聚能低于金刚石的内聚能，并且随着$n$的增加而接近石墨的内聚能。值得注意的是，我们发现，一些grapheaynes表现为半导体与直接窄带隙和所有已知的半导体碳同素异形体中最高的吸收系数，而其他一些拓扑半金属与节线。特别是，一些grapheayne可以被设计成具有在1.07-1.87 eV范围内的可调直接带隙，并且具有用于光伏应用的理想特性。我们的工作不仅揭示了石墨族独特的原子排列和突出的性质，而且为催化剂、储能、分子筛、太阳能电池和电子器件提供了一个有前途的材料宝库。
2019-08-04 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
High-Throughput Discovery of Chiral Carbon-Boron Semimetals with Weyl Topology and Phonon-Mediated Superconductivity
University of Science and Technology of China（中国科学技术大学）；Wuhan Institute of Technology（武汉工程大学）；Hefei University of Technology（合肥工业大学）；Hanhai Lingchao Intelligent Computing (Shanghai) Technology Services Co., Ltd.（瀚海凌潮智能计算（上海）科技有限公司）
本研究通过高通量计算筛选出6种稳定的手性碳-硼拓扑半金属，其中两种分别具有电荷三外尔点及31.1K超导转变温度、电荷一外尔点及各向异性多带超导性，拓展了相关材料范围。
2026-10-12 cond-mat.mtrl-sci
