Dirac Semimetals in Two Dimensions
石墨烯是著名的2D狄拉克费米子的主机。然而，自旋轨道耦合引入了一个小的间隙，使得石墨烯在形式上是量子自旋霍尔绝缘体。在这里，我们提出了一种受保护的2D狄拉克半金属，其特征在于狄拉克锥在高对称点处，该点通过自旋轨道相互作用被\emph{not}缺口，并且表现出与石墨烯和3D狄拉克半金属不同的行为。使用一个两个网站紧束缚模型，我们构建了三个可能的不同的狄拉克半金属相的代表，并表明，单重保护狄拉克点是不可能的二维。非对称空间群对称性的存在起着至关重要的作用。我们认为，这些对称性调整系统的边界之间的二维拓扑和平凡的绝缘体。通过打破对称性，我们能够访问平凡和拓扑绝缘体以及外尔半金属相。
2015-08-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Double Dirac Semimetals in Three Dimensions
研究了一类具有八重退化双Dirac点的Dirac半金属。我们发现，230个空间群中有7个可以容纳这样的狄拉克点，并认为它们一般都显示线性色散。我们介绍了一个明确的紧束缚模型的空间群130和135，表明135可以托管一个内在的双狄拉克半金属-一个没有额外的简并在费米能量。我们认为，单轴压缩应变在不同的方向上导致拓扑不同的绝缘相的微扰降低。此外，双狄拉克半金属可以容纳约束螺旋模式的拓扑线缺陷。潜在的材料实现进行了讨论。
2015-11-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Classification of stable Dirac and Weyl semimetals with reflection and rotational symmetry
三维狄拉克半金属是一种新的量子物质态，在费米能级附近具有无带隙的四重简并。发现后不久，具有反转和旋转对称性的稳定三维狄拉克半金属的分类就被研究了。然而，32个点群中只有10个既有反转又有旋转对称性，我们需要一个更完整的3D稳定狄拉克半金属分类。在这里，我们分类稳定的3D狄拉克半金属反射对称和旋转对称的存在下的时间反演对称，属于十七个不同的点群。这些系统包括除$\mathrm{C_{3i}}$以外的保持反演对称性的系统。它们具有两类反射对称性，即镜面平行于旋转轴，镜面垂直于旋转轴。在这两种情况下，两种类型的狄拉克半金属是由四个不同的反射对称性。第一种狄拉克半金属是通过偶然带交叉（ABC）出现的。第二种狄拉克半金属在时间反演不变动量（TBC）处有一个狄拉克点。我们证明了在镜面平行和镜面垂直的情况下，$C_{2,3}$对称性只能通过TBC来保护稳定的Dirac点，而$C_{4,6}$对称性可以通过ABC或TBC来保护稳定的Dirac点.以$\mathrm{C_{4v}}$对称性为例，进一步讨论了外尔线节点和狄拉克半金属可以同时存在于布里渊区。最后，我们对狄拉克线节点和外尔线节点进行了分类，以说明它们可以存在于哪种类型的镜像平面中。
2015-08-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Dirac and Weyl Semimetal in XYBi (X=Ba, Eu; Y=Cu, Ag and Au)
Weyl和Dirac半金属由于其新颖的性质，近年来引起了人们的广泛关注.结合第一性原理计算和有效模型分析，我们预测了BaYBi（Y=Au，Ag和Cu）化合物是Dirac半金属.至于磁性化合物EuYBi，虽然时间反演对称性被破坏，但它们的长程磁序不能将狄拉克点分裂成成对的Weyl点。但我们认为Ba离子部分取代Eu离子可以实现Weyl半金属。
2014-11-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Cyclotron resonance of single valley Dirac fermions in gapless HgTe quantum well
我们报告的朗道能级光谱研究的两个碲化汞量子阱（QWs）附近或在临界阱厚度，带隙消失。在磁场高达$B$ = 16 T，定向垂直于量子阱平面，我们观察到一个$\sqrt{B}$依赖的占主导地位的回旋共振（CR）过渡特性的二维狄拉克费米子的能量。对于无带隙或带隙量子阱，主要的CR线呈现单吸收或双吸收线型。利用有效的Dirac模型，我们推导出了HgTe无带隙量子阱中单谷Dirac费米子的带速为$v_F=6.4 \times10^5$ m/s，并解释了带隙量子阱的双吸收是由于增加了一个小的相对论质量而引起的.
2013-10-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Topological Nodal Line Semimetal and Dirac Semimetal State in Antiperovskite Cu$_3$PdN
基于第一性原理计算和有效模型分析，我们提出了立方反钙钛矿材料Cu $_3$ PdN在忽略自旋轨道耦合（SOC）时，由于时间反演和反转对称性的共存，可以保持三维拓扑节线半金属态.由于立方对称性，总共有三个节线圆。还导出了“鼓头”状表面平坦带。当包含SOC时，每个节线演化为一对受C $_4$晶体对称性保护的稳定的3D狄拉克点。这与迄今已知的狄拉克半金属，如Na $_3$ Bi和Cd $_3$ As $_2$，都只有一对狄拉克点有显著的区别。一旦C $_4$对称性被破缺，狄拉克点被带隙，系统成为具有（1;111）Z $_2$指数的强拓扑绝缘体。
2015-05-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
The Dirac-Weyl semimetal: Coexistence of Dirac and Weyl fermions in polar hexagonal $ABC$ crystals
我们提出，非中心对称的LiGa Ge型六方$ABC$晶体SrHgPb实现了一种新型的拓扑半金属，主机的狄拉克和外尔点在动量空间。由于能带反转，受保护的狄拉克点出现在六重旋转$z$轴上，而六对与六重对称相关的外尔点位于垂直的$k_z=0$平面上。通过研究的电子结构作为一个函数的屈曲的汞铅层，这是起源的反演对称性破缺，我们建立的狄拉克和Weyl费米子的共存定义了一个阶段分离两个拓扑不同的狄拉克半金属。这两种狄拉克半金属的区别在于$k_z=0$平面的$\mathbb{Z}_2$指数和侧表面上相应的二维狄拉克费米子的存在或不存在。我们正式我们的第一性原理计算推导和研究的低能量模型描述的Dirac-Weyl半金属相的哈密顿量。最后，我们提出了其他几种材料的非中心对称的$ABC $材料类，特别是SrHgSn和CaHgSn，作为候选人实现Dirac-Weyl半金属。
2018-02-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Dirac-semimetal phase diagram of two-dimensional black phosphorus
黑磷（BP）是一种层状范德华材料，据报道具有对外部扰动敏感的带隙，并且当其带隙闭合时表现出Dirac半金属相。以前的研究集中在每个扰动的影响，缺乏一个统一的图片带隙关闭和狄拉克半金属相。在这里，使用赝自旋从滑移反射对称性，我们研究的电子结构的单层和双层BP和构建的Dirac半金属相的相图在有关的压力，应变，和电场的参数空间。我们发现BP层中的Dirac-半金属相在相图中是单连通的，表明无论间隙闭合机制如何，该相都是拓扑相同的。我们的研究结果可以推广到各向异性层状材料中的Dirac半金属相，并对寻找新的拓扑材料和器件具有指导作用。
2016-11-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Magnetic Dirac Semimetals in Three Dimensions
提出了一种新的三维磁有序本质狄拉克半金属。狄拉克点受到磁空间群的保护，并且在不降低这种对称性的情况下不能被带隙，其中半平移算子和时间反演的组合反幺正对称性起着至关重要的作用。介绍了空间群为$16$和$102$的两个显式紧束缚模型，该模型在表面布里渊区的时间反演不变动量处具有Dirac点。与时间反演不变的基本狄拉克半金属相反，这里的磁空间群可以是对称的或非对称的，并且磁DSM对称调谐到弱拓扑不同的绝缘相之间的边界。有趣的是，破缺微扰可以导致理想的外尔半金属相，其中只有两个最小的外尔点恰好钉扎在费米能处以填充$ν\in4\mathbb{Z}+2$。通过降低维数，我们能够访问狄拉克和外尔半金属相在两个维度。
2017-01-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Topological tuning in three-dimensional Dirac semimetals
用第一性原理方法研究了三维Dirac半金属中体材料和表面材料之间的相互作用。通过结合密度泛函理论与相干势近似，我们揭示了一个拓扑相变在钠$_3$ Bi $_{1-x}$ Sb $_{x}$和镉$_3$ [As $_{1-x}$ P $_x$ ] $_2$合金，其中的材料从狄拉克半金属到一个平凡的绝缘体改变Sb或P的浓度。调整的组成，使我们能够工程的位置，大量狄拉克点在倒易空间。有趣的是，相变与导带和价带之间的带序的反转相一致。
2014-12-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Large optical conductivity of Dirac semimetal Fermi arc surfaces states
费米弧表面态是拓扑狄拉克半金属的一个标志，它可以容纳表现出与其母体不同的不寻常动力学的载流子。我们发现本征狄拉克半金属中的费米弧载流子具有强的各向异性轻物质相互作用。其特征在于，当光横向于费米弧偏振时，费米弧光学电导率大;当光沿着费米弧偏振时，费米弧光学电导率显著减弱。大的表面光谱权重被锁定到狄拉克节点之间的宽间隔，并且当系统被掺杂时，作为费米弧载流子的大德鲁德权重而持续存在。因此，大的和各向异性的费米弧电导率提供了一种新的手段，光学查询狄拉克半金属的拓扑表面状态。
2017-05-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Disorder-induced exceptional and hybrid rings in Weyl/Dirac semimetals
Weyl Hamilton的非厄米性导致了Weyl例外环和Weyl例外环内部的平坦带的实现。近年来，非厄米物理的研究平台扩展到了准粒子具有有限寿命的多体或无序系统。在这里，我们澄清，偏离幺正极限在无序Weyl半金属导致的Weyl例外环的产生，无论散射势的细节。在拓扑狄拉克半金属的情况下，实现了混合环和平坦带的复能量本征值的无涡性。这种情况适用于任何外尔或狄拉克半金属。这些效应可以通过光电发射或准粒子干涉实验检测到。
2019-12-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Light-induced anomalous Hall conductivity in massive 3D Dirac semimetal Co$_3$Sn$_2$S$_2$
本文通过超快光谱实验证明，圆偏振光可在顺磁相大质量狄拉克半金属Co₃Sn₂S₂中诱导反常霍尔电导率，验证了Floquet理论预言的狄拉克-外尔转化机制。
2025-03-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Aharonov-Bohm oscillations in Dirac semimetal Cd3As2 nanowires
三维狄拉克半金属是石墨烯的三维类似物，是一种不寻常的量子材料，具有无质量的狄拉克费米子，可以通过打破时间反转或反转对称进一步转换为Weyl费米子。费米弧的拓扑表面状态的表面上的预测，并已观察到的角度分辨光电子能谱实验。虽然体狄拉克锥的奇异输运性质已经被证明，它仍然是一个挑战，通过传输测量，由于高导电的体态揭示表面状态。在这里，我们显示Aharonov-Bohm振荡在个别单晶Cd 3As 2纳米线具有低载流子浓度和大的表面体积比，提供三维狄拉克半金属的表面态的传输证据。此外，量子输运可以通过使用栅极电压调节费米能级来调制，从而能够更深入地理解狄拉克半金属中的丰富物理。
2016-03-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Dirac Fermions in Antiferromagnetic Semimetal
由于科学兴趣和技术应用，在凝聚态系统中基本粒子的类似物已经被广泛地寻找。近年来，人们发现狄拉克半金属材料中出现了无质量的狄拉克费米子。所有已知的狄拉克半金属都具有时间反演对称性$\mathcal{T}$和反演对称性$\mathcal{P}$。在这里，我们表明，狄拉克费米子可以存在于一种类型的反铁磁系统中，$\mathcal{T}$和$\mathcal{P}$被打破，但他们的组合$\mathcal{PT}$是尊重。我们提出了正交反铁磁CuMnAs作为候选者，分析了狄拉克点的对称性保护的鲁棒性，并通过\emph{ab initio}计算证明了其独特的体色散以及相应的表面态。我们的结果为实现狄拉克材料提供了一条新的途径，并为研究狄拉克费米子物理和磁性的相互作用提供了一个可能的平台。
2016-03-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Observation of three-dimensional Dirac semimetal state in topological insulator Bi2Se3
预测了三维拓扑绝缘体在拓扑到平凡相变的临界区域中表现出三维Dirac半金属态。在这里，我们展示了第一个实验证据的三维狄拉克半金属态的拓扑绝缘体Bi 2 Se 3与体载流子浓度为~ 10 ^19 cm^{-3}，使用磁输运测量。在低温下，我们的Bi 2Se 3晶体的电阻率表现出明显的Shubnikov-de Haas（SdH）振荡高于6 T。通过Lifshitz-Onsanger和Lifshitz-Kosevich理论对这些振荡的分析揭示了来自3D能带的非平凡π Berry相位，这是3D Dirac半金属态的决定性特征。我们的晶体中的Dingle温度和自然硒空位的大值表明，所观察到的3D狄拉克半金属态是增强的应变场和较弱的有效自旋轨道耦合的结果。
2015-04-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Starfruit-like nodal semimetal to Dirac and Weyl semimetal state in CaAuAs
在没有自旋-轨道耦合（SOC）的情况下，发生在镜像平面上的带交叉被迫在动量空间中形成节环。在存在其他等效镜像平面的情况下，多个这样的节环可以组合形成有趣的中间链路结构。在这里，基于第一性原理计算和有效的$\mathbf{k.p}$模型分析，我们发现，CaAuAs主机在体电子色散在SOC的情况下，一个独特的starfruits样的mandal-link结构。这个mandal-link是由三个节环，它们彼此交叉的时间反演不变的动量点$A$。当SOC被打开时，节点环被打开，导致稳定的狄拉克半金属状态，在布里渊区中沿着$\mathrm{Γ-A}$方向具有一对狄拉克点。狄拉克点由时间反演、反演和$C_3$旋转对称性的组合来保护。我们展示了如何系统地消除对称性约束产生外尔半金属和最终的拓扑绝缘体状态。
2018-06-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Generalization of the Nested Wilson Loop Formalism in Topological Dirac Semimetals with Higher-order Fermi Arcs
本研究将嵌套威尔逊环形式体系推广到含高阶拓扑的非对称材料，发现广义嵌套贝里相位是三维狄拉克半金属高阶费米弧存在的体拓扑指标，通过第一性原理计算验证了体-棱对应关系，为非对称体系高阶拓扑研究提供通用方法。
2023-08-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
$β$-CuI: a Dirac semimetal without surface Fermi arcs
具有费米弧的反常表面态通常被认为是狄拉克半金属（DSM）的指纹。然而，与外尔半金属相反，DSM的费米弧不受拓扑保护。利用第一性原理计算，我们预言$β$ -CuI是一种特殊的DSM，其表面态形成封闭的费米口袋而不是费米弧.在这样的费米狄拉克半金属中，从费米弧到费米口袋的变形机制源于保持所有晶体对称性的大立方项，以及表面和体狄拉克点之间的小能量差。$β$ -CuI中的立方项在原型DSM中通常可以忽略不计，由于其特殊的晶体结构而变得相关。因此，我们建立了一个具体的物质的例子，表现出缺乏拓扑保护的表面费米弧在DSM
2018-01-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Giant inverse Faraday effect in Dirac semimetals
研究了Bi基Dirac半金属薄膜中螺旋度相关的光电流。HDP在饱和前随膜厚的增加而增加，当多数载流子类型由电子变为空穴时改变其符号，当费米能级位于电荷中性点附近时出现一个尖峰。这些结果表明，照射的圆偏振光狄拉克半金属诱导一个有效的磁场，沿光自旋角动量对齐的载流子自旋，并产生沿膜法线的自旋电流。有效的磁场估计是数量级大于所造成的反法拉第效应（IFE）在典型的过渡金属。我们认为小的有效质量和大的$g$ -因子，狄拉克半金属与强自旋轨道耦合的特性，是负责巨大的IFE，打开路径，发展系统与强光自旋耦合。
2020-09-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Giant Planar Hall Effect in the Dirac Semimetal ZrTe5
最近，在Dirac/Weyl半金属中，由于手征反常引起的巨平面霍尔效应被预言。ZrTe 5被认为是一种介于弱拓扑绝缘体和强拓扑绝缘体之间的有趣的狄拉克半金属，尽管这一说法仍然存在争议。在这里，我们报告的观察在ZrTe 5的巨大的平面霍尔电阻率，显示两个不同的磁场依赖性的理论预测和最大的Lifshitz转变温度。我们发现，随着ZrTe 5纳米片厚度的减小，巨大的平面霍尔电阻率逐渐消失，这可能归因于样品的3D性质的消失。此外，我们还观察到一个非平凡的Berry相，手征异常诱导的负纵向磁电阻，和一个巨大的面内各向异性磁电阻在这些ZrTe 5纳米片。所有的实验观测都一致地证明了ZrTe_5是一种Dirac半金属。
2018-09-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
A Large Effective Phonon Magnetic Moment in a Dirac Semimetal
本文通过磁太赫兹实验发现狄拉克半金属 Cd$_3$As$_2$ 中声子与回旋共振耦合可产生约为玻尔磁子 2.7 倍的巨大有效声子磁矩，并揭示其源于电子-声子耦合，为光致拓扑相提供新途径。
2020-07-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Topological nonsymmorphic insulator versus Dirac semimetal in KZnBi
本文通过多种密度泛函计算揭示KZnBi中交换关联泛函强度决定其拓扑态，证明强XC效应是实现狄拉克半金属态的关键。
2023-12-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Non-topological Origin of the Planar Hall Effect in Type-II Dirac Semimetal NiTe2
Dirac和Weyl半金属是新发现的拓扑非平凡材料，在Dirac/Weyl点附近具有线性带色散。当施加非正交的电流和磁场时，会出现一种称为手征异常的奇异现象，并且可以检测到负纵向电阻。最近，一种新的现象--平面霍尔效应（PHE）被认为是在许多拓扑半金属中观察到的手征反常的另一种表征。然而，PHE是否仅仅是由手征反常引起的仍然是一个问题。在这里，我们证明了PHE在一个新发现的II型狄拉克半金属NiTe 2的低温输运。然而，经过详细的分析，我们得出结论，PHE的结果从平凡的轨道磁阻。这一工作揭示了PHE不是手性反常的充分条件，在这类研究中需要特别注意其他非拓扑贡献。
2019-01-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Bulk and surface states carried supercurrent in ballistic Nb-Dirac semimetal Cd3As2 nanowire-Nb junctions
三维狄拉克半金属在所有三个动量方向上都有体狄拉克锥和费米弧状表面态，并且可以通过打破时间反演对称性转换为外尔半金属。然而，在狄拉克半金属中，高导电的体态通常掩盖了电子输运。在这里，我们展示了超导体和表面状态进行Nb-Cd_3As_2超导-Nb短和长结，分别。对于1 μ m长的结，观察到了Fabry-Perot干涉引起的临界超导电流振荡，表明超导电流携带的表面态是弹道输运，其中体态是退相干的，而拓扑保护的表面态仍然保持相干.此外，在长结中观察到超导圆顶，这归因于表面态和体态之间的相互作用增强的退相作为调谐栅极电压以增加载流子密度。拓扑半金属纳米线的超导电性在将Majorana费米子编织到拓扑量子计算中具有重要的应用前景。
2018-03-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Topological charges of three-dimensional Dirac semimetals with rotation symmetry
一般来说，能带交叉点的稳定性表明存在与之相关的量子化拓扑数。特别是最近在Na $_{3}$ Bi和Cd $_{3}$ As $_{2}$中发现的三维狄拉克半金属，证明了只要在时间反演和反转对称性之外补充某些晶体对称性，具有四重简并的狄拉克点就可以是稳定的。然而，与Na $_{3}$ Bi和Cd $_{3}$ As $_{2}$相关的拓扑电荷尚未阐明。在这项工作中，我们确定了三维狄拉克点的拓扑荷。结果发现，虽然同时存在的时间反演和反转对称性的力量，净手征电荷消失，一个狄拉克点可以携带另一个量子化的拓扑电荷时，考虑额外的旋转对称性。两个不同的类狄拉克半金属的确定取决于旋转对称性的性质。首先，传统的对称旋转对称性与反转交换，产生了在旋转轴上有一对狄拉克点的I类狄拉克半金属。由于每对狄拉克点的拓扑荷具有相反的符号，因此需要对创建或对湮灭来改变动量空间中狄拉克点的数量。另一方面，第二类狄拉克半金属具有一个孤立的狄拉克点在一个时间反演不变的动量，这是保护的螺旋旋转。螺旋旋转的非对称性质允许旋转和反转对称之间的反对易关系，这使得能够避免狄拉克点的数量加倍，并在布里渊区边界处创建单个狄拉克点。
2015-10-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Giant spin-polarized current in a Dirac fermion system at cyclotron resonance
本文报道了在临界厚度的HgTe/HgCdTe量子阱中观测到的巨大自旋极化光电流，在临界厚度处出现狄拉克谱。用太赫兹辐射和扫频磁场激发6.6 nm宽的量子阱，我们探测到了共振光电流。值得注意的是，共振的位置可以通过光学选通从负（-0.4 T）到正（高达1.2 T）磁场调谐。光电流数据、辐射透射率测量以及Shubnikov-de Haas效应和量子霍尔效应的测量，证明了光电流的增强是由狄拉克费米子系统中的回旋共振引起的。该理论表明，电流是自旋极化的，起源于辐射加热的载流子的自旋相关散射。
2013-01-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Interlayer quantum transport in Dirac semimetal BaGa$_2$
在拓扑半金属中，只要能带交叉恰好存在于费米能级（$E_F$），就很容易达到量子极限。在多层Dirac费米子系统中，第零朗道能级上的Dirac费米子密度随磁场的增加而增加，导致了量子极限附近的层间隧穿电导率随磁场和角度的变化. BaGa $_2$是一种各向异性狄拉克锥接近于$E_F$的多层狄拉克半金属，为研究其层间输运性质提供了一个很好的平台。本文报道了BaGa $_2$中相邻Ga层的第零层长链上狄拉克费米子隧穿引起的负层间磁电阻（NIMR，I//c和B//c）。当电场偏离c轴时，层间电阻率$ρ_{zz}(θ)$增加，最终导致电场垂直于c轴的峰值。这些不寻常的层间输运性质（NIMR和电阻率峰与B $\perp$ c）一起观察到的第一次在狄拉克半金属在环境压力下，很好地解释了量子极限下的狄拉克费米子之间的隧道模型。
2019-07-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Gate tunable terahertz cyclotron emission from two-dimensional Dirac fermions
本研究利用HgTe量子阱中二维狄拉克费米子的特性，验证了固定磁场下背栅可调太赫兹回旋发射器的概念，实现250 GHz电调谐范围，预估优化后可在1-3 THz快速连续调谐，填补太赫兹间隙空白。
2023-07-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Two-Carrier Transport Induced Hall Anomaly and Large Tunable Magnetoresistance in Dirac Semimetal Cd3As2 Nanoplates
Cd_3As_2是狄拉克半金属的模型材料，在动量空间的三个方向上都具有线性色散关系。Cd_3As_2独特的能带结构使其同时具有Dirac性质和拓扑性质。它可以通过对称破缺被驱动到Weyl半金属或通过增强自旋轨道耦合被驱动到拓扑绝缘体。在这里，我们报告的温度和栅极电压依赖的磁输运性质的Cd 3As 2纳米板的费米能级附近的狄拉克点。霍尔异常表明，随着温度的降低，伴随着从n型到p型导电的转变的双载流子输运。载流子型转变的解释考虑温度依赖的自旋轨道耦合。磁电阻在高温下表现出很大的非饱和值，可达2000%，这归因于系统中的电子-空穴补偿。我们的研究结果对于理解与Dirac/Weyl半金属，如Na 3Bi，ZrTe 5，TaAs，NbAs和HfTe 5中的双载流子输运相关的实验观察是有价值的。
2016-05-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Field induced topological phase transition from a three-dimensional Weyl semimetal to a two-dimensional massive Dirac metal in ZrTe5
对称性保护的Dirac半金属可以通过破坏对称性而转变为Weyl半金属，从而产生手征反常和反常霍尔效应等奇异量子现象。研究表明，由于狄拉克半金属ZrTe 5的塞曼g因子大，沿b轴方向的带宽小，当塞曼分裂超过沿b轴方向的带宽时，沿b轴方向约8 T的磁场可以湮灭Weyl点，打开二维狄拉克质量带隙.这表现为磁电阻（MR）在8 T以上的急剧下降，这可能是由于与2D狄拉克点相关的第零朗道能级的轨道分裂引起的额外载流子，该狄拉克点是原始外尔点的后代。在低场和高场区域中的霍尔效应和不同的各向异性磁阻（AMR）提供了额外载流子的进一步证据。我们的实验揭示了Dirac半金属ZrTe_5中场致Weyl点湮灭的可能的拓扑量子相变，并给出了高场下MR下降的另一种解释。
2017-09-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Large linear magnetoresistance in the Dirac semimetal TlBiSSe
混合硫族化合物TlBiSSe实现三维（3D）狄拉克半金属态。在这种材料的清洁，低载流子密度单晶中，我们发现Shubnikov-de Haas振荡表明其3D Dirac性质。此外，我们观察到非常大的线性磁电阻（MR），在1.8 K下14 T接近10，000%，在30 K以上迅速减小。我们的磁输运数据的分析点的可能性，线性MR是从根本上由霍尔场，虽然这种情况已被预测为高度不均匀的系统，不均匀性似乎并没有发挥重要作用TlBiSSe。因此，大线性MR的机制是一个有趣的开放问题，在一个干净的3D狄拉克系统。
2014-08-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Planar Hall effect in the Dirac semimetal PdTe2
报道了狄拉克半金属PdTe $_2$单晶的合成和磁输运测量。在PdTe $_2$中观察到了多频率的de Haas-van Alphen振荡，从中提取出了小的有效质量和非平凡的Berry相位，暗示了Dirac费米子的可能存在.观察到了由手征反常和非平凡Berry相引起的平面霍尔效应和各向异性纵向电阻率，为PdTe $_2$的非平凡性质提供了有力的证据.当温度升高到150 K时，平面霍尔效应仍然存在。实验结果和理论预测之间的不匹配的可能来源进行了讨论。
2018-11-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Three Dimensional Dirac Semimetal and Quantum Transports in Cd3As2
基于第一性原理计算，我们恢复了Cd3As2，一个众所周知的高载流子迁移率半导体的沉默的拓扑性质。我们发现，它是一个具有单对三维（3D）狄拉克点的体积和非平凡的费米弧的表面上的一个拓扑半金属。通过对称破缺可以将其驱动到拓扑绝缘体和Weyl半金属态，通过降维可以将其驱动到带隙大于100 meV的量子自旋霍尔绝缘体。我们建议，三维狄拉克锥在大部分的Cd3As2可以支持相当大的线性量子磁电阻，甚至到室温。
2014-04-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Topological Dirac semimetal phases in InSb/$α$-Sn semiconductor superlattices
基于先进的第一性原理计算和低能$k\cdot p$理论，我们从理论上证明了在InSb/$α$-Sn常规半导体超晶格中Dirac半金属相和拓扑绝缘体相的共存.通过适当的界面设计，当沿{[}111{]}方向生长时，会出现较大的界面极化。这种本征极化静电场的存在大大减小了带隙，最终导致能带结构反转，形成了拓扑Dirac半金属相，在$Γ$点附近沿（111）晶向出现了一对Dirac节点。在（100）投影面上观察到清晰的表面态和费米弧。此外，我们还发现了一个二维的拓扑绝缘体相，其非平凡带隙接近70 meV，这使得在室温下观察到量子自旋霍尔效应成为可能.我们的建议为通过适当的界面设计实现在传统半导体超晶格中共存的拓扑非平凡相铺平了道路。
2016-07-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Topological invariants for three dimensional Dirac semimetals and four dimensional topological rotational insulators
狄拉克半金属是一类由某些类型的晶体对称性保护的半金属相，其低能有效哈密顿量由三维（3D）狄拉克方程描述。尽管有各种理论研究，但描述狄拉克半金属拓扑性质的理论尚未完全建立。在这篇工作中，我们通过在四维（4D）中建立3D Dirac半金属和拓扑晶体绝缘体之间的映射，定义了3D Dirac半金属的拓扑不变量。我们证明了这一计划，通过构建一个紧束缚模型的4D拓扑晶体绝缘体的旋转对称性的保护。一种新的拓扑不变量，“旋转陈数”，被证明是该系统的拓扑特征。作为旋转陈数的结果，在这个4D系统的3D表面上发现了无间隙的狄拉克点。对于具有两个表面的平板，我们发现相应的两个表面态的低能有效理论可以直接映射到3D Dirac半金属的低能有效理论，这表明3D Dirac半金属的拓扑性质可以用4D中定义的转动Chern数来表征.我们的方案提供了一个新的系统的方法来提取拓扑半金属相的拓扑性质。
2016-05-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Excitonic pairing and insulating transition in two-dimensional semi-Dirac semimetals
足够强的长程库仑相互作用可以在无带隙的狄拉克半金属中诱导激子配对，从而产生有限的能隙并驱动半金属-绝缘体量子相变。这一现象与高能物理中的动力学手征对称性破缺十分相似。在大多数现实的狄拉克半金属中，包括悬浮的石墨烯，库仑相互作用太弱而不能打开激子隙。库仑相互作用在二维半狄拉克半金属中的低能作用比狄拉克半金属更重要，在二维半狄拉克半金属中，费米子谱的一个动量分量是线性的，另一个动量分量是二次的，并且确实导致费米液体理论的崩溃。通过求解Dyson-Schwinger方程，研究了二维半狄拉克半金属中激子能隙的动态产生，并证明了中等强度的库仑相互作用足以诱导激子配对.额外的短程四费米子耦合倾向于促进激子配对。在现有的半狄拉克半金属中，我们发现TiO $_{2}$ /VO $_{2}$纳米结构为实现激子绝缘体提供了一个有希望的候选者。利用重整化群方法分析了半狄拉克费米子在半金属-绝缘体量子临界点处激子序参量的量子临界涨落与无质量半狄拉克费米子的强耦合，揭示了半狄拉克费米子的非费米液体行为.
2017-02-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Classification of stable three-dimensional Dirac semimetals with nontrivial topology
三维（3D）狄拉克半金属是石墨烯的3D类似物，其体能带在3D动量空间中显示线性色散关系。由于每个具有四重简并度的狄拉克点的陈数为零，因此狄拉克半金属只有在某些晶体对称性的存在下才能稳定。在这项工作中，我们提出了一个一般的框架来分类稳定的三维狄拉克半金属。基于对称性分析，我们表明，各种类型的稳定的三维狄拉克半金属存在于系统的时间反演，反转，和单轴旋转对称性。有两类不同的稳定的3D狄拉克半金属。在第一类中，一对三维Dirac点位于旋转轴上，远离其中心。此外，这类3D狄拉克半金属具有由2D拓扑不变量表征的非平凡拓扑性质，例如$Z_{2}$不变量或镜像陈数。这些2D拓扑指数产生稳定的2D表面狄拉克锥，当表面态耦合到费米能级上的体态时，该2D表面狄拉克锥可以变形为费米弧。另一方面，第二类狄拉克SM相位在旋转轴上的时间反演不变动量（TRIM）处具有3D狄拉克点，并且一般不具有表面态。
2014-04-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
$PT$ Symmetric Real Dirac Fermions and Semimetals
近年来，外尔费米子因其非平凡的电荷而具有丰富的唯象性，引起了凝聚态物理的广泛关注。在这里，我们提出了一个理论的真正狄拉克点，可以理解为真正的单极子在动量空间，作为一个真正的推广外尔费米子的现实被赋予的$PT$对称性。在$PT$对称Dirac半金属中研究了Weyl半金属拓扑特征的实对应，如Nielsen-Ninomiya no-go定理、$2$ D亚拓扑绝缘体和Fermi弧，并讨论了其与实相关的拓扑结构.特别地，我们基于最近提出的关于$PT$对称Dirac节线半金属的冷原子实验和量子材料，构造了一个真实Dirac半金属的极小模型。
2017-01-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.quant-gas
Helical Spin Order from Topological Dirac and Weyl Semimetals
我们研究了拓扑Dirac和Weyl半金属的动力学质量产生和由此产生的螺旋自旋序，包括量子自旋Hall绝缘体的边缘态、弱拓扑绝缘体的表面态和Weyl半金属的体材料.特别地，外尔半金属的螺旋自旋织构以可见的方式显示了外尔费米子的自旋-动量锁定。螺旋序的自旋波波动携带电荷密度;因此，可以以简单且可预测的方式电控制自旋织构。
2015-08-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Double Dirac Point Semimetal in Two-Dimensional Material: Ta2Se3
本文通过第一性原理计算报道了一种新的稳定的二维Dirac材料Ta_2Se_3单分子层。对于该体系，存在稳定的层状体相，并且剥离应该是可能的。Ta2Se3单层被证明支持两个狄拉克点接近费米能级，实现异国情调的二维双狄拉克半金属。与二维单狄拉克和二维节点线半金属一样，自旋轨道耦合可以在这类新的二维狄拉克半金属中引入绝缘态。此外，在这个系统中的狄拉克功能是层依赖性和金属到绝缘体的过渡被确定在Ta2Se3时，减少层厚度从双层到单层。这些发现是根本利益和纳米器件应用的重要性。
2017-03-20 cond-mat.mtrl-sci
Semimetal-semiconductor transition and giant linear magnetoresistances in three-dimensional Dirac semimetal Bi0.96Sb0.04 single crystals
三维（3D）狄拉克半金属是一种新型的量子材料，可以看作是石墨烯的3D类似物。三维狄拉克半金属中许多有趣的电子性质已经被提出并实现，这表明它们在下一代量子器件中具有潜在的应用前景。铋锑化合物Bi 1-xSbx可以通过x ~ 4%的量子临界点从拓扑绝缘体转变为能带绝缘体，在该临界点处出现了3D狄拉克费米子。在这里，我们报告在这样的量子临界点的Bi 1-xSbx的磁输运研究。在Bi_（0.96）Sb_（0.04）单晶中观察到一种不寻常的磁场诱导半金属-半导体相变。在8 T的磁场中，Bi 0.96 Sb 0.04单晶在低温（5 K）下表现出高达6000%的巨磁阻效应，在室温（300 K）下表现出高达300%的巨磁阻效应。当温度低于200 K时，所观察到的磁阻在接近零场时保持线性。我们的实验结果不仅对三维狄拉克半金属的基础物理很有意义，而且对三维狄拉克半金属在磁电子器件中的潜在应用也很有意义。
2015-09-08 cond-mat.mtrl-sci
Electron Transport in Dirac and Weyl Semimetals
由于Dirac和Weyl半金属在新一代电子器件中的重要性和潜在的应用前景，近年来在凝聚态物理中引起了广泛的关注。本文综述了Dirac和Weyl半金属中的奇异电输运现象。第一节是对拓扑半金属的简要介绍。第二节和第三节分别综述了Dirac半金属和Weyl半金属中有趣的输运现象。选择研究最广泛的Cd3As2和TaAs家族作为代表，分别展示了DSM和WSM的典型性质。除此之外，还介绍了ZrTe5和MoTe2等TSM材料的研究进展。在第四节中，我们提供了对TSM的研究，特别是对磁输运调查的前景。
2018-09-10 cond-mat.mtrl-sci
MgTa2N3: A new reference Dirac semimetal
基于第一性原理计算和对称性分析，对MgTa2N3中的Dirac半金属（DSM）相进行了预测.在这种材料中，费米能级正好位于狄拉克点，没有额外的费米表面口袋。与狄拉克锥相关的能带反转涉及两个结构不等价的Ta原子的d轨道，它们具有八面体和三角棱柱配位球。我们进一步证明了晶格对称破缺可以实现从DSM相到三结点半金属、Weyl半金属或拓扑绝缘体的拓扑相变。研究了拓扑保护表面态和非保护费米弧表面态。
2018-08-27 cond-mat.mtrl-sci
Noncentrosymmetric topological Dirac semimetals in three dimensions
拓扑狄拉克半金属是一类在费米能级附近具有受保护的狄拉克点的半金属，其由于导带和价带的带反转而产生。在这项工作中，我们研究了较少探索类的\emph{noncentrosymmetric}拓扑狄拉克半金属在三维空间。我们确定了非中心对称的晶体学点群所需的稳定四重简并带交叉，并推导出模型哈密顿所有不同类型的带反转允许的对称性。使用这些模型哈密顿量，强调允许的耦合的物理性质，我们建立了通用的电子相图非中心对称狄拉克半金属，并表明，它一般包括共存的Weyl点节点或Weyl线节点的阶段。特别是，对于一个特定类型的带反转在六重对称系统中，我们表明，外尔线节点总是存在的。基于第一性原理计算，我们预测BiPd $_2$ O $_4$在20 Gpa压力下是一个非中心对称的Dirac半金属，在四重旋转轴上有拓扑II型Dirac点.此外，我们提出六方极性合金LiZnSb $_{x}$ Bi $_{1-x}$实现了一个Dirac半金属与共存的Weyl点。有趣的是，外尔点的出现和位置是高度可调的，并且可以通过合金浓度$x$来控制。更一般地说，我们的结果不仅建立了带反转非中心对称系统作为一个广泛的和通用的拓扑半金属类，但也提供了一个框架，研究量子非线性霍尔效应和非线性光学性质的狄拉克半金属。
2021-02-12 cond-mat.mtrl-sci
Direct observation of Landau level resonance and mass generation in Dirac semimetal Cd3As2 thin films
三维拓扑狄拉克半金属作为一类新的量子材料，迄今为止已经引起了前所未有的研究兴趣。打破某些类型的对称性已经被提出来使狄拉克费米子的操纵成为可能;这很快就通过外部调制如磁场实现了。然而，更有效和更可取的狄拉克状态的内在操纵仍然是一个重大的挑战。在这里，我们报告了一个系统的研究准粒子动力学和带的演变与控制铬（Cr）掺杂的Cd 3 As 2薄膜的磁红外光谱和电输运。首次在非掺杂Cd_3As_2狄拉克半金属中观测到朗道能级间共振的平方根B关系，这是以往光学实验中无法观测到的超相对论狄拉克态的重要特征.从量子到准经典行为的交叉使得直接探测狄拉克费米子的质量成为可能。重要的是，Cr掺杂允许狄拉克质量获取和拓扑相变，从而实现狄拉克费米子的期望动态控制。与密度泛函理论的计算相印证，我们表明，质量的产生基本上是由明确的C4旋转对称性破缺和由此产生的狄拉克间隙工程通过铬取代镉原子。Cd 3As 2薄膜中的系统对称性和Dirac质量的操纵提供了一个调谐旋钮，以探索起源于Dirac半金属母相的奇异态。
2016-01-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Magneto-Seebeck coefficient of Fermi-liquid in three-dimensional Dirac/Weyl semimetal
研究了三维Dirac/Weyl半金属中的无耗散磁Seebeck效应。霍尔电阻率$ρ_{yx}$和热电霍尔系数$α_{xy}$在量子极限处呈现平台，其中电子仅占据零朗道能级。在该条件下，塞贝克系数$S_{xx}\approx ρ_{yx}α_{xy} $的量子振荡被抑制，无质量的费米子被转换为费米液体系统。我们证明了量子极限下的塞贝克系数可以用费米波长和热德布罗意波长的谐波和来表示。
2022-06-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Crystalline topological Dirac semimetal phase in rutile structure $β'$-PtO$_2$
基于第一性原理计算和对称性分析，我们提出过渡金属金红石氧化物，特别是$β'$ -PtO $_2$，可以具有三维拓扑Dirac半金属相.我们发现，在忽略自旋轨道耦合的情况下，$β'$ -PtO $_2$具有节环结构.自旋-轨道耦合的消除使节环产生间隙，同时保留了一对由螺旋旋转对称性保护的三维狄拉克点。这个狄拉克点是由两个$d$带的带反转产生的，这是关联电子系统中DSM相的实现。此外，在动量空间中的镜面带有一个非平凡的镜像陈数$n_M = -2$，它将$β'$ -PtO $_2$与目前已知的狄拉克半金属如Na $_3$ Bi和Cd $_3$ As $_2$区分开来。如果我们施加一个扰动，打破旋转对称性，保持镜像对称性，狄拉克点是缺口和系统成为拓扑晶体绝缘体。
2019-01-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Transport properties of semimetallic transition metal dichalcogenides
外尔半金属需要时间反演对称性（TRS）或晶格反转对称性的破缺。当TRS和反演对称共存时，可能存在一对简并的Weyl点，导致相应的Dirac半金属相。换句话说，狄拉克半金属态可以看作是外尔半金属态的两个副本。在本论文中，我们研究碲基化合物，如Weyl半金属候选MoTe 2和狄拉克半金属候选PtTe 2的过渡金属二硫族化合物的家庭。
2018-07-22 cond-mat.mtrl-sci
Cat's cradle-like Dirac semimetals in layer groups with multiple screw axes: Application to 2D Borophene and Borophane
近年来，晶体保序拓扑半金属，特别是非对称保序拓扑半金属引起了人们广泛的兴趣。我们列出了可能的双螺旋拓扑半金属，并在没有自旋轨道耦合的情况下，在所有具有多个螺旋轴的层组中推导出它们的k.p哈密顿量。我们发现了一种新颖的猫摇篮状拓扑半金属相，它看起来像多个沙漏状能带结构交错在一起。此外，我们提出了单层硼氢化物和borophane与PMMN层组作为第一类材料来实现这种新的半金属相。揭示了二维硼基材料中费米能级上的一对倾斜各向异性狄拉克锥，并给出了低能有效模型。此外，类似于三维Weyl半金属，这些猫摇篮状Dirac半金属的拓扑性质也可以通过量子化Berry相的计算和连接两个Dirac点的平坦费米弧边缘态的证明得到验证.我们的发现，borophane和borophane是猫的摇篮状狄拉克半金属是非常感兴趣的实验和可能的应用在未来。
2018-09-25 cond-mat.mtrl-sci
Dirac semimetal phase in the hexagonal LiZnBi
基于第一性原理计算，我们发现六方金属化合物$ABC$ LiZnBi可以通过应变驱动到具有一对Dirac点的Dirac半金属中.通过计算应变LiZnBi的$\mathbb{Z}_2$指数和表面态，直接证明了应变LiZnBi的非平凡拓扑性质，并观察到了费米弧.低能态以及拓扑性质被证明是敏感的应变配置。LiZnBi中Dirac半金属相的发现，将有助于对六方$ABC$材料拓扑性质的进一步研究，并促进新的实际应用。
2016-03-20 cond-mat.mtrl-sci
Reducing electronic transport dimension to topological hinge states by increasing geometry size of Dirac semimetal Josephson junctions
拓扑相的概念已被扩展到高阶，并已推广到不同的维度。作为范例，Cd3As2被预测为高阶拓扑半金属，具有三维（3D）体狄拉克费米子，二维（2D）费米弧，和一维（1D）铰链状态。这些拓扑状态在电子输运中具有不同的特征长度尺度，允许在改变样本大小时区分它们的属性。在这里，我们报告了一个异常的尺寸减少的超电流输运的狄拉克半金属Cd 3 As 2为基础的约瑟夫森结的大小增加。当结沟道长度增加时，观察到超导量子干涉从标准的夫琅和费模式向超导量子干涉器件（SQUID）模式的演化。类似SQUID的干涉图样表明了流经一维铰链的超电流。一维铰链态的识别对于更深入地理解三维狄拉克半金属中的高阶拓扑相是有价值的。
2020-04-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Tensile Strained Gray Tin: a New Dirac Semimetal for Observing Negative Magnetoresistance with Shubnikov-de-Haas Oscillation
对材料质量的严格要求阻碍了Dirac半金属奇异手征磁效应的研究和潜在应用。在这里，我们建议灰锡是一个完美的候选人观察手征异常效应和Shubnikov-de-Haas（SdH）振荡在相对较低的磁场。基于有效的$k.p$分析和第一性原理计算，我们发现灰锡在拉伸单轴应变下成为Dirac半金属，而不是以前已知的在压缩单轴应变下的拓扑绝缘体.在这个新发现的狄拉克半金属态中，两个狄拉克点位于$k_z$轴上，费米弧出现在（100）面上，这两个狄拉克点可被拉伸[001]应变调谐。由于灰锡的低载流子浓度和高迁移率，在这一半的应变谱中，预计会有一个大的手征异常引起的负磁电阻和一个强的SdH振荡。与其他狄拉克半金属相比，无毒元素灰锡中的狄拉克半金属状态更容易操纵和精确控制。我们设想，灰锡提供了一个完美的平台，通过扫描应变谱从正到负，反之亦然的手征磁效应的应变工程。
2016-12-03 cond-mat.mtrl-sci
CaTe: a new topological node-line and Dirac semimetal
近年来，拓扑半金属的研究引起了人们的极大兴趣。结合第一性原理计算和有效模型分析，我们预测在忽略自旋轨道耦合（SOC）的情况下，CaTe是拓扑结线半金属.我们还得到了具有鼓面特性的近平坦表面态。当包含SOC时，三条节点线沿$M-R$线演化为一对Dirac点。这些狄拉克点是鲁棒的，并且受到$C_{4}$旋转对称性的保护。一旦这种晶体对称性被打破，狄拉克点将被消除，系统成为强拓扑绝缘体。
2016-05-25 cond-mat.mtrl-sci
