Plasmons in a two-dimensional nonsymmorphic nodal-line semimetal
本文从理论上研究了二维非同态节线半金属（如NbSi$_x$Te$_2$）的等离激元特性，发现非同态对称性赋予等离激元极强的各向异性，且单粒子激发的抑制减弱了Landau阻尼，为实验探测与应用提供了指导。
2022-11-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Evidence of topological edge states in a superconducting nonsymmorphic nodal-line semimetal
拓扑材料在边界处具有迷人的低维无隙态。作为一个突出的例子，二维拓扑绝缘体（2DTI）的螺旋拓扑边缘态（TES）及其堆叠的三维（3D）等效物，弱拓扑绝缘体（WTI），由于其在下一代低耗散电子学/自旋电子学中的潜在应用而引发了研究热情。在这里，我们提出层状超导材料CaSn作为WTI与非平凡的Z2以及节线半金属保护的结晶非对称。我们系统的角度分辨光电子能谱（ARPES）的电子结构的调查表现出良好的协议与计算。此外，扫描隧道显微镜/光谱（STM/STS）在表面台阶边缘显示预期TES的签名。这些来自ARPES、STM/STS测量和相应的从头计算的综合证据有力地支持了非对称节线半金属CaSn中TES的存在，它可能成为实现多种奇异电子态和拓扑超导的通用材料平台。
2021-05-10 cond-mat.mtrl-sci
Nonsymmorphic Symmetry-Protected Band Crossings in a Square-Net Metal PtPb$_4$
拓扑半金属与保护带交叉已成为一个丰富的景观，探索有趣的电子现象。特别是非对称性的对称性已经被证明在保护动量空间中沿着一条线（而不是一个点）的交叉点方面起着重要的作用。在这里，我们报告的狄拉克节点线交叉沿布里渊区边界的PtPb $_4$，从其晶体结构的非对称对称性所产生的实验和理论证据。有趣的是，虽然在没有自旋轨道耦合（SOC）的情况下，节线将保持无间隙，但在这种情况下，SOC通过提升除了一组孤立点之外的任何地方的能带简并，对拓扑结构起着有害的作用。然而，观察到的节线的带宽比在密度泛函理论（DFT）中发现的要小得多。我们的研究结果表明，PtPb $_4$是一个材料系统与窄交叉近似保护的非对称晶体对称性。
2022-03-25 cond-mat.mtrl-sci
Dual topological nodal line and nonsymmorphic Dirac semimetal in three dimensions
以前已知的三维狄拉克半金属（DS）存在两种类型-拓扑DS和非对称DS。在这里，我们提出了一种新的三维DS，表现出的拓扑和非对称DS的功能。我们介绍了一个最小的紧束缚模型的空间群100，描述了一个层状晶体的二维平面中的$p4g$墙纸组。使用这个模型，我们证明了双滑翔镜允许一个非中心对称的三维DS主机的时间反演不变的动量和两倍退化的Weyl节线上的滑翔镜不变的平面上的动量空间中的两个时间反演的Dirac点。建议DS允许丰富的拓扑物理表现在拓扑表面状态和拓扑相图，我们详细讨论。我们还进行第一性原理计算预测，所提出的DS是实现在一组现有的材料BaLa $X$ B $Y_5$，其中$X$ = Cu或Au，和$Y$ = O，S，或Se。
2019-06-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Nodal-chain network, intersecting nodal rings and triple points coexisting in nonsymmorphic Ba3Si4
拓扑金属/半金属（TM）中拓扑元素的共存性逐渐引起人们的关注。然而，非拓扑因素往往会扰乱费米面，掩盖有趣的拓扑性质。在这里，我们发现，Ba_3Si_4是一个“干净”的TM，其中共存的主链网络，交叉节环（INR）和三相点，在没有自旋轨道耦合（SOC）。此外，节点环的拓扑阶段表现出不同的类型：从类型-I，类型-II到类型-III环根据带色散。所有的拓扑元素都是由三个能带的交叉产生的，因此它们是相关的而不是相互独立的。当某些结构对称性被外应变消除时，拓扑相演化为另一个相，包括Hopf链、一维节链和新的INR。
2018-05-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Observation of band crossings protected by nonsymmorphic symmetry in the layered ternary telluride Ta3SiTe6
我们已经进行了角度分辨光电子能谱的层状三元碲化物Ta 3SiTe 6的预测主机节线与非对称晶体对称性。我们发现，在价带区的能带显示Dirac-like色散，提出了一个带简并在体正交布里渊区的R点。这种带简并沿整个SR高对称线一维延伸，形成由晶体的滑移镜对称性保护的节线。我们还观察到一个小的带分裂EF附近的沙漏型分散体的存在支持的计算预测。目前的研究结果提供了一个很好的机会，探讨奇异的节费米子和非对称晶体对称性之间的相互作用。
2018-09-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Fermiology with nodal structures in nonsymmorphic superconductor LaNiGa$_2$: A de Haas-van Alphen study
本研究通过dHvA光谱与第一性原理计算，揭示非对称超导体LaNiGa$_2$的费米学特征，验证其晶格对称性及费米能级处的四重简并节点结构，证实其为原型拓扑晶体超导体，凸显节点准粒子对非常规超导配对的潜在作用。
2024-12-12 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Nonsymmorphic cubic Dirac point and crossed nodal rings across the ferroelectric phase transition in LiOsO$_3$
晶体对称性可以产生奇异的带交叉特征，这可以导致具有有趣物理性质的非常规费米激发。我们展示了一个立方狄拉克点-一个四重简并带交叉点与立方色散在一个平面和一个线性色散在第三方向-可以通过一个非对称的滑移镜对称性的存在下稳定的空间群的晶体。值得注意的是，在我们的例子中，三次狄拉克点出现在三重轴上，尽管以前人们认为这样的点只能出现在六重轴上。我们发现，涉及一个三重轴的立方狄拉克点可以实现接近费米能级的非铁电相的LiOsO $_3$。在降低温度时，LiOsO $_3$已经在实验上显示出经历从非铁电相到铁电相的结构相变，具有自发破缺的反转对称性。值得注意的是，我们发现对称性破缺将三次狄拉克点转化为三个相互交叉的节环。在LiOsO $_3$的低能能带结构中也存在几个线性狄拉克点，每个点在相变时转变成一个单节环.
2018-04-30 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Nonsymmorphic symmetry protected node-line semimetal in the trigonal YH3
利用基于密度泛函理论的从头计算和有效模型分析，我们提出了三角晶系YH 3（空间群：P-3c 1）在常压下，当忽略自旋轨道耦合（SOC）时，是一种节线半金属.这种三方晶系的YH 3在费米能级附近具有非常干净的电子结构，其节线位置非常接近费米能级，这使它成为一个理想的模型分析系统。对称性分析表明，该化合物的节环受到滑移面对称性的保护，|Y+，dxz>和|γ点的H_1 ~-，S_2 ~-轨道是形成节线的主要原因。当包含SOC时，线节点被滑移面对称性所禁止，并且出现小间隙（~5 meV），这导致YH 3是具有Z2指数（1，000）的强拓扑绝缘体。因此，滑移面的对称性在形成的节线的情况下，没有和SOC起着相反的作用。由于SOC引起的间隙是如此之小，可以忽略不计，这P-3C 1 YH 3可能是一个很好的候选人的拓扑节点线半金属的基础物理实验探索。我们发现这个P-3c 1相的表面态是独特的，这可能有助于在实验中识别YH 3的真实基态。
2017-12-29 cond-mat.mtrl-sci
Topological Nodal Chains and Transverse Transports in Ferromagnetic Centrosymmetric Semimetal FeIn2S4
该研究从理论上揭示铁磁中心对称半金属FeIn₂S₄是受非简单对称性保护的节线链半金属，其节线链抗自旋轨道耦合，兼具鼓面表面态与闭合费米弧，且节线环贡献大的反常霍尔与能斯特电导率，为磁性拓扑态与横向输运研究提供平台。
2024-09-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Plethora of Coexisting Topological Band Degeneracies in Nonsymmorphic Molecular Crystal OsOF$_5$
在固体的能带理论中，简并以点、线、面的形式出现。自从认识到物质的无隙拓扑量子相以来，带简并的拓扑性质最近得到了重视。基于第一性原理计算，我们报道了卤氧化锇OsOF $_5$中的拓扑半金属相，它具有零维Weyl点、一维节线和二维节面.半金属相由电子填充约束保证，而各种维度的能带简并由非对称晶体对称性保护。针对跨越费米能级的两个节点环，我们证明了$π$ Berry相对它们的拓扑保护，并描述了由非平凡的$\mathbb{Z}_2$指数拓扑连接的鼓面表面态。我们的预测突出OsOF $_5$作为一种独特的拓扑材料，其中丰富的各种拓扑简并存在于一个狭窄的能量范围内接近费米能级，由于这种材料的分子晶体结构。
2018-08-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Dirac nodal lines in the quasi-one-dimensional ternary telluride TaPtTe$_5$
Dirac谱线相位作为拓扑材料的一种量子态，通常存在于三维或至少二维的材料中，并具有足够的对称操作，可以保护Dirac带交叉。在这里，我们报告了准一维三元碲化物TaPtTe $_5$的电子结构的理论和实验研究相结合，这是证实了在一个强大的四倍简并线相位。我们的角分辨光电子能谱测量结果表明，两对线性色散Dirac-like带存在于一个非常大的能量窗口，从$\sim$ 0.75 eV的结合能延伸到整个费米能级。交叉点位于布里渊区的边界处，并形成Dirac-like节线。使用第一性原理计算，我们证明了存在的节面的$k_y = \pm π$平面上的自旋-轨道耦合（SOC）的情况下，这是保护TaPtTe $_5$的非对称对称性。当包含SOC时，节点面被分成几个节点线。通过理论分析，我们得出结论：沿$Y$ - $T$的节点线和连接$R$点的节点线是非平凡的，并且受到非对称对称性的保护，不受SOC的影响.
2022-05-12 cond-mat.mtrl-sci
Emergent impervious band crossing in the bulk in topological nodal line semimetal ZrAs$_2$
本研究结合ARPES和DFT，实验证实了ZrAs$_2$中非辛对称性保护的节线及体态中不可穿越能带交叉，深化了对该拓扑节线半金属电子结构的理解。
2024-07-18 cond-mat.mtrl-sci
Less is more: Vacancy-engineered nodal-line semimetals
从基本原理和应用的观点来看，由材料的对称性所强制的半金属相是有趣的。我们证明，这样一个阶段的物质可以通过一个简单的方法来设计：在常见的同构材料中引入某些配置的空位导致非对称的多晶型物，这些多晶型物具有不受自旋-轨道耦合等自旋-轨道耦合等自旋-轨道保持扰动的约束的非对称节点线。此外，频谱还获得了对扰动具有增强的鲁棒性的偶然节线。这些现象的对称性分析的基础上解释的一个最小的有效的二维模型，捕获相关的对称性的建议的结构，并验证了第一性原理计算的空缺工程borhide多晶型物，消失和强Rashba自旋轨道耦合。我们的研究结果提供了一个替代的路径，使用复杂的非对称化合物来设计强大的半金属;人们可以从一个简单的对称单原子材料中去除原子。
2021-08-12 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Type-I and type-II Nodal Lines Coexistence in the Antiferromagnetic monolayer CrAs$_{2}$
拓扑节线半金属具有对称性保护的一维费米线，已成为拓扑量子物质研究的热点。由于磁系统中时间反演对称性的破坏，节点线需要附加对称性的保护。在这里，我们报告的发现，反铁磁I型和II型节线共存的单层CrAs $_{2}$的基础上系统的第一性原理计算。值得注意的是，CrAs $_{2}$中的I型节线形成以$Γ$点为中心的同心环，该环由非对称模拟对称性填充加强，并且对自旋轨道耦合具有鲁棒性。第二类节线是费米能级附近的一种开放节线，在没有自旋轨道耦合的情况下，它受到镜像对称性的保护。本文提出的反铁磁单层CrAs $_{2}$为磁性和奇异拓扑相之间的关联提供了一个平台。
2018-04-28 cond-mat.mtrl-sci
Symmetry-enforced band crossings in trigonal materials: Accordion states and Weyl nodal lines
非对称的对称性，如螺旋旋转或滑移反射，可以在布里渊区的高对称线或平面内强制带交叉。当这些能带简并接近费米能时，它们可以引起许多不寻常的现象：例如，异常磁电响应，横向霍尔电流和奇异的表面状态。在本文中，我们提出了一个全面的分类，这种非对称带交叉在三角材料与强自旋轨道耦合。我们发现，在三角系统中有两种不同类型的非对称带简并：（i）外尔点的螺旋旋转与手风琴般的色散保护，和（ii）外尔节线保护的滑移反射。我们报告了一些现有的材料，这些带交叉实现附近的费米能量。这包括Cu 2SrSnS 4和元素碲（Te），它们表现出手风琴式的外尔点;以及碲-硅包合物Te 16 Si 38，它表现出外尔节线。详细研究了这些材料的从头算能带结构和表面态，并简要讨论了对实验的影响。
2019-08-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Nonlinear Optical Spectroscopy of Nodal-Line Semimetals
本文研究了二维节线半金属 NbSi$_{x}$Te$_{2}$ 中非简单空间群对称性保护能带简并对非线性光学响应的影响，揭示了奇次谐波产生机制、偏振依赖性和带间带内机制相互作用，为超快光电器件应用提供新思路。
2025-08-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Symmetry-enforced ideal lantern-like phonons in ternary nitride Li$_6$WN$_4$
凝聚态系统包含费米子和玻色子准粒子。由于费米能级的限制，具有高维简并流形（即，节线和节面）在电子系统中还没有发现。本文根据第一性原理计算和对称性分析，证明了实际三元氮化物Li $_6$ WN $_4$在声子谱中具有理想的（接近平坦的）表面和表面线结构。这些节点简并的形状像灯笼，它们的存在是由非对称对称性保证的。相应的拓扑声子表面态正好覆盖了表面布里渊区（BZ）的一半，因此可以与传统的半导体线和半导体表面半金属区分开来。我们的研究结果证实了理想灯笼状声子在现实材料中的存在，丰富了拓扑量子相的分类，为研究单一材料中的线-面声子相互作用提供了良好的基础.
2021-03-29 cond-mat.mtrl-sci
Nodal Loop and Nodal Surface States in Ti3Al Family Materials
拓扑金属和半金属是近年来引起人们极大兴趣的新的物质状态。本文基于第一性原理计算和对称性分析，提出钛基化合物Ti_3X（X=Al，Ga，Sn，Pb）是一种未被探索的拓扑半金属。这些材料的特点是在其低能能带结构中节环和节面共存。以Ti_3Al为例，我们证明了该材料具有一个接近理想的节环，该节环接近费米能级，能量变化小于0.25meV，能量近似平坦。环受到两个独立对称性之一的保护：组合时空反演对称性和镜像反射对称性。kz =π平面上的节面由非对称螺旋旋转对称性和时间反演对称性保证。我们讨论了自旋轨道耦合的影响，并建立了一个有效的模型来描述节环。我们的研究结果表明，Ti3Al家族化合物可以作为一个很好的材料平台，研究新的拓扑相，特别是之间的相互作用的环形和环形表面费米子。
2018-05-09 cond-mat.mtrl-sci
Chiralities of nodal points along high symmetry lines with screw rotation symmetry
当自旋轨道耦合不可忽略时，非对称空间群对称性中的螺旋旋转诱导沿着螺旋不变线的沙漏和手风琴形状的能带结构的存在。这些结构在能带交叉点上诱导拓扑强制Weyl点。在这项工作中，我们表明，每个外尔点的手征性有关的表示的循环群上的频带，形成交叉点。为了实现这一点，我们计算Picard群的同构类的复杂线丛在2维球与循环群的行动，我们展示了如何手征性（陈数）与旋转不变点上的旋转行动的特征值。然后，我们写一个明确的汉密尔顿赋予一个循环的行动，其特征函数限制在一个领域实现上述的等变线丛。作为这种关系的结果，我们确定了出现在非对称材料PI 3（SG：P63），Pd 3N的螺旋不变线上的沙漏形和手风琴形结构上的节点的手征性（SG：P6322），AgF3（SG：P6122）和AuF3（SG：P6122），我们证实了这些结果与电子波函数的Berry曲率和对称本征值计算。
2021-06-09 cond-mat.mtrl-sci math.AT
Indications for Lifshitz transitions in the nodal-line semimetal ZrSiTe induced by interlayer interaction
层状材料ZrSiTe目前被广泛研究作为一种具有Dirac类带交叉保护的非对称性接近费米能的半金属。最近的红外光谱研究ZrSiTe在外部压力下发现异常的光学响应，提供提示压力诱导相变在$\approx$ 4.1和$\approx$ 6.5 GPa。通过压力相关的拉曼光谱和X射线衍射测量结合电子能带结构计算，我们发现两个压力引起的Lifshitz跃迁的主要变化在费米表面拓扑结构的情况下，晶格对称性的变化的迹象。这些电子相变可以归因于由外部压力引起的增强的层间相互作用。我们的研究结果表明，层间距离的层状范德华拓扑材料的电子性质的关键作用。
2020-02-04 cond-mat.mtrl-sci
Robust Dirac lines against Ge vacancy and possible spin-orbit Dirac points in nonsymmorphic HfGe0.92Te
寻找具有狄拉克点的新材料一直是一个令人着迷的研究课题。在这里，我们报告的生长，晶体结构，和能带结构的HfGe 0.92 Te单晶，具有三种不同类型的狄拉克点。HfGe_（0.92）Te晶体属非对称四元晶系，空间群为P_4/nmm（No.129），Ge原子平面为正方形，空位约为8%。尽管在Ge位上存在空位，但使用角分辨光电子能谱观察到由易受自旋轨道耦合（SOC）影响的传统Dirac点组成的Dirac节线，伴随着对SOC和空位的非对称对称性保护的鲁棒Dirac线。特别地，根据我们的实验和计算，暗示了起源于SOC下形成的表面的自旋轨道狄拉克点（SDPs）的存在。准二维（准2D）字符观察和进一步证实的角度分辨磁阻。HfGe_（0.92）Te是探索具有三种不同类型Dirac点的奇异拓扑相或拓扑性质的良好候选者，并且是实现二维SDPs的有希望的候选者。
2022-01-15 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Topological electronic structure and Weyl points in nonsymmorphic hexagonal materials
利用拓扑能带理论分析，我们表明，在六角形晶格的非对称对称操作强制外尔点的螺旋不变的高对称线的能带结构。共表象理论和连通性群理论表明，Weyl点是由手风琴式和沙漏式色散关系中的能带交叉产生的。这些Weyl点对弱扰动是稳定的，并且受到螺旋旋转对称性的保护。基于第一性原理计算，我们发现拓扑预测的能量色散关系与真实的六角材料完全一致。拓扑电荷（手性）和Berry曲率计算表明，在4d过渡金属三氟化合物如AgF 3和AuF 3中同时形成Weyl点和线。此外，由于电子结构中强的自旋轨道耦合和多个Weyl点交叉，发现了大的本征自旋霍尔电导。这些材料可用于更节能的自旋电子器件中的自旋/电荷转换。
2021-01-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci math.AT
Second-order Real Nodal Lines in Nodal Surface Semimetals
Shenzhen Research Institute of Shandong University（山东大学深圳研究院）
本研究提出二阶实节点线半金属，其中一对实节点线由节点面链接，并在互穿石墨烯网络中通过第一性原理计算证实，产生铰链费米弧和鼓膜表面态，为高阶实拓扑提供新途径。
2026-10-01 cond-mat.mtrl-sci
Bulk topology of line-nodal structures protected by space group symmetries in class AI
我们给出了一个详尽的表征的拓扑结构的带类AI，使用非对称空间群33（$Pna2_1$）作为一个代表性的例子，可以形成各种各样的对称保护线节点结构。我们开始与所有线节点结构的拓扑分类，通过组合的价不可约表示（IRREPs）在几个高对称点（HSP）在一个固定的填充。我们分解节点价带束的总拓扑结构，通过基本（即不可分割的）节点结构的局部拓扑结构和全局拓扑结构，限制不同的基本节点元素的布里渊区（BZ）。从简单的点节点和简单的节点线（NL）的情况下推广，我们认为，每一个基本节点结构的局部拓扑结构的特点是由一组poloidal-toroidal收费，一个线，和一个线程收费（线程BZ环面时），而全球拓扑结构只允许对非平凡的线和线程收费。我们发现，所有这些费用的对称性保护的拓扑不变量，定义通过量子化的威尔逊圈相位对称约束的动量圈，我们完全从代数的价IRREPs在HSP。特别是，我们发现高度连接的线节点结构，线节点的线对，和线节点线程对，都是由单一的晶体对称性的保护。此外，我们还展示了保持对称性的拓扑Lifshitz转换，通过它独立的NL可以连接，断开或链接。我们的工作构成了一个启发式的方法，系统的拓扑分类和表征的所有动量空间线节点结构的空间群对称性保护类AI。
2017-10-13 cond-mat.mtrl-sci
Dirac nodal lines and induced spin Hall effect in metallic rutile oxides
我们在金属金红石氧化物IrO $_2$、OsO $_2$和RuO $_2$的能带结构中发现了狄拉克结线（DNL），并揭示了这些结线所贡献的大的自旋霍尔电导，这解释了最近发现的IrO $_2$的强自旋霍尔效应（SHE）.存在两种类型的DNL。第一种类型形成DNL网络，其在整个布里渊区中延伸，并且仅在不存在自旋轨道耦合（SOC）的情况下出现，其在边界上诱导表面态。由于SOC诱导的能带反交叉，在这些化合物中可以实现大的本征SHE。第二种类型出现在布里渊区边缘，由于非对称对称性的保护，对SOC是稳定的。除了报道新的DNL材料外，我们的工作揭示了DNL和SHE之间的一般关系，为Dirac结材料在自旋电子学中的应用指明了一条道路。
2017-01-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Two-dimensional hourglass Weyl nodal loop in monolayer Pb(ClO$_{2}$)$_{2}$ and Sr(ClO$_{2}$)$_{2}$
近年来，固体材料中的沙漏型费米子引起了人们极大的兴趣。然而，具有沙漏形能带结构的实际二维（2D）材料仍然非常稀少。本文通过第一性原理计算，确定了单层Pb（ClO $_{2}$）$_{2}$和Sr（ClO $_{2}$）$_{2}$作为实现二维沙漏Weyl节环的新的现实材料平台。我们发现，这些单层材料具有一个沙漏外尔节环周围的$Γ$点和外尔节线的布里渊区（BZ）边界的自旋轨道耦合（SOC）的情况下。通过对称性分析，我们证明了沙漏形Weyl节环和Weyl节线受到非对称性的保护，并且在双轴应变下是鲁棒的。当我们考虑SOC时，在沙漏节环和节线中会打开一个微小的缺口，节线可以转化为自旋轨道狄拉克点。我们的研究结果提供了一个新的现实的材料平台，研究有趣的物理与二维沙漏外尔节环和自旋轨道狄拉克点。
2022-11-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Symmetry-enforced nodal lines in the band structures of vacancy-engineered graphene
我们阐述了具有周期性空位的单层石墨烯可以具有包含节线或节环的能带结构，从而打开了具有新功能的石墨烯基电子或自旋电子器件的可能性。其原理是通过去除碳原子使得晶格变得非对称，单位晶胞中的每两个子晶格将在滑移平面操作下相互映射。该映射产生用于滑移平面操作的简并本征值，这保证了能带必须在布里渊区的边界处成对地粘在一起。远离布里渊区边界的移动导致非线性增强的节线分裂，从而导致由分裂带的交叉引起的意外节线。此外，如果节线穿过费米能级，则费米能级处的态密度可以显著增强。即使在Rashba自旋轨道耦合的存在下，节线也会出现各种空位构型。最后，我们的理论还解释了在最近的实验中制造的人字形纳米多孔石墨烯的整个布里渊区周围的节环。
2022-05-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
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
Signature of topological non-trivial band structure in Ta$_{3}$SiTe$_{6}$
拓扑保护电子性质的研究是当前凝聚态物理研究的一个热点。新的拓扑材料经常被提出，并通过各种实验技术进行探索。Ta $_{3}$ SiTe $_{6}$是一种新发现的拓扑半金属，在没有自旋轨道耦合（SOC）的情况下，它具有四重简并线交叉，当包含SOC时，它具有沙漏Dirac环.最近的角分辨光电子能谱研究，在这种材料中，也证实了狄拉克的色散和两个费米能附近的双谱线，保护非对称的滑移镜对称性。在这项工作中，我们提出了详细的磁输运性质的单晶Ta $_{3}$ SiTe $_{6}$。一个非饱和磁阻已被观察到。霍尔测量揭示空穴型载流子具有高载流子密度和载流子迁移率的中等值。此外，我们报告了一个强大的平面霍尔效应，持续到高温。这些结果证实了电子能带结构的非平凡性质。
2021-06-28 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
Topological Materials Discovery using Electron Filling Constraints
节块半金属是一类具有点费米面或线费米面的材料系统，由于其新颖的输运和拓扑性质而受到广泛的关注。然而，实验材料候选物的鉴定主要依赖于详尽的数据库搜索。在这里，我们将展示如何最近的研究电子填充和非对称空间群对称性之间的相互作用，可以指导搜索节点半金属是“填充强制”。我们将先前导出的对230个空间群中的能带绝缘体的允许电子填充的约束重新转换为新的形式，这使得能够仅基于它们的（1）空间群，（2）分子式单元中的电子计数和（3）分子式单元的多重性来有效地筛选材料候选物。该标准大大减少了在先前合成的化合物的数据库中发现拓扑材料的计算负荷。在少数几个选定的非对称空间群中列出的30，000多个条目中，仅我们的填充标准就消除了96%的条目，然后再进行进一步的分析。通过这种引导搜索，我们发现了少数候选者，包括单斜晶体Ca $_2$ Pt $_2$ Ga、AgF $_2$和Ca $_2$ InOsO $_6$，以及正交晶体CsHg $_2$。基于从头计算，我们表明，这些材料具有填充的狄拉克节点附近的费米能量。此外，我们还确定CaPtGa作为一个有前途的填充强制Dirac环半金属候选人。
2017-03-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Topological band crossings in hexagonal materials
拓扑半金属在费米能附近表现出带交叉，这受到波函数的非平凡拓扑特征的保护。在许多情况下，这些拓扑能带简并引起奇异的表面状态和不寻常的磁输运性质。在本文中，我们提出了一个完整的分类，所有可能的非对称带简并在六角材料与强自旋轨道耦合。这包括（i）由传统非对称对称性保护的带交叉，其部分平移在镜像/旋转对称的不变空间内;以及（ii）由偏心镜像/旋转对称性保护的带交叉，其部分平移与不变空间正交。我们的分析是基于（i）对称算子服从的代数关系和（ii）布里渊区不同高对称点的不可约表示之间的相容关系。我们确定了一些现有的材料，这些非对称的节线实现。基于这些示例材料，我们研究了与拓扑能带交叉相关的表面状态。实验和设备应用的影响进行了简要讨论。
2018-05-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
A topological Hund nodal line antiferromagnet
本研究结合角分辨光电子能谱与多种理论计算，在反铁磁体YMn₂Ge₂中发现由多重对称性保护的狄拉克节线，揭示其轨道依赖的洪德耦合重整化效应，提出反铁磁洪德节线的新概念。
2024-08-15 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el physics.app-ph
Nodal fermions in a strongly spin-orbit coupled frustrated pyrochlore superconductor
本研究通过角分辨光电子能谱实验，在强自旋轨道耦合的烧绿石超导体RbBi2中证实了多种三维拓扑费米子，揭示了巡游烧绿石晶格的丰富非平凡能带拓扑，为探索奇异量子物相提供了平台。
2024-02-07 cond-mat.mtrl-sci
Layer Construction of Three-Dimensional Z2 Monopole Charge Nodal Line Semimetals and prediction of the abundant candidate materials
本研究将层构造方法扩展至拓扑半金属系统，通过非点式对称性堆叠二维$\mathcal{PT}$对称Dirac半金属构造三维$\mathbb{Z}_2$节线半金属，并结合第一性原理计算预测了122种候选电子材料。
2023-09-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electronic band structure of a nodal line semimetal candidate ErSbTe
本文结合ARPES与第一性原理计算，研究节线半金属候选ErSbTe的电输运、热力学性质与电子能带结构，明确其相变特征、费米面形态与能带交叉特性。
2025-08-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Eightfold Degenerate Dirac Nodal Line in Collinear Antiferromagnet Mn$_5$Si$_3$
该研究通过对称性分析和从头计算，发现共线反铁磁体Mn$_5$Si$_3$中具有八重简并狄拉克节线，并预测其产生大自旋霍尔电导率，为自旋电子学应用提供候选材料。
2025-02-28 cond-mat.mtrl-sci math.AT
Theory of Large Intrinsic Spin Hall Effect in Iridate Semimetals
我们从理论上研究了在铱酸盐或更广泛的具有强自旋轨道耦合的5d过渡金属氧化物中产生大的内禀自旋霍尔效应的机制。我们证明了这种可能性，以正交钙钛矿铱酸盐的非对称晶格对称性，SrIrO $_3$，这是一个三维的半金属节线光谱的例子。结果表明，大的内禀自旋霍尔效应是通过节线周围的近简并电子谱产生的自旋Berry曲率而产生的。这种效应存在，即使当节点线轻轻地缺口了，由于持久的近简并电子结构，表明一个独特的鲁棒性。自旋霍尔电导率的大小被证明是最有名的例子，如掺杂的拓扑绝缘体和最大的任何过渡金属氧化物。为了获得更深入的了解，我们计算了体和薄膜系统的本征自旋霍尔电导率。我们发现，在薄膜的几何限制导致显着的修改的电子状态，导致更大的自旋霍尔电导率在某些情况下。我们比较了我们的研究结果与最近的实验报告中发现的大自旋霍尔效应在SrIrO $_3$薄膜。
2017-11-02 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Filling-Enforced Gaplessness in Band Structures of the 230 Space Groups
像螺旋和滑动这样的非对称性对称会产生电子带接触，阻碍带绝缘体的形成，反而会导致金属或结状半金属，即使单位晶胞中的电子数是偶数。在这里，我们计算的电子填充兼容的所有230个空间群的带绝缘体，与时间反转对称的非相互作用的电子。我们的边界很紧--也就是说，我们可以严格地消除任何禁止填充的带状绝缘体，并为所有允许的填充产生明确的模型--而且比最近为相互作用系统建立的模型更强。这些结果提供了简单的标准，应该有助于指导拓扑半金属的搜索，也有影响的性质和稳定性的节点费米表面。
2016-08-16 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other cond-mat.str-el
Complete classification of band nodal structures
在布里渊区（Brillouin zone，BZ）中，能带以点、线或面的形式发生简并的节结结构（Nodal structures，NSrs）在过去的十年中受到了广泛的研究兴趣。然而，带隙可忽略的近NSrs也可以具有许多奇异的量子响应和非平凡的拓扑性质，值得系统的研究。在这里，我们提供了一个完整的列表中的所有可对角化的严格和近NSRs的1651磁空间群（MSG）和528磁层组（MLG）在有自旋和无自旋设置。我们首先应用兼容性关系（CR），其编码频带如何从频带节点（BN）（位于BZ的对称点处）分裂，以获得所有NSr（从BN发出）。由CR的NSRs是绝对严格的，并且是基于所有BN的小群的所有不可约表示的穷举枚举的。然后我们围绕BN构造了$k\cdot p$模型，证明了对于任意BN，存在一个截止$k\cdot p$阶（最多6阶），该阶足以预测相应的严格NSRs，并且包含高阶$k\cdot p$项不能间隔NSRs.我们提供了所有$k\cdot p$模型，直到所有BN的截止阶数，并通过降低$k\cdot p$阶数来全面探索所有的近NS。我们的研究结果表明，与BN一样，NSRs，特别是近NSRs，也是普遍存在的。例如，虽然严格节面只能存在于一些非对称的MSG中，但几乎节面甚至可以出现在许多低对称的MSG中。此外，我们还发现，对于某些BN，$k\cdot p$建模方法可以得到更严格的NSRs比CR。…
2022-01-24 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Observation of Dirac-like energy band and ring-torus Fermi surface associated with the nodal line in topological insulator CaAgAs
当前材料研究的关键挑战之一是寻找具有反转体能带结构的新型拓扑材料。在拓扑绝缘体中，强自旋-轨道耦合引起的能带反转导致整个布里渊区的带隙打开，而额外的晶体对称性，如点群和非对称性，有时会阻止带隙在动量空间中特定点或线上打开，从而产生拓扑半金属。尽管有许多理论预测与这种晶体对称性相关的拓扑绝缘体/半金属，但实验实现仍然相对较少。在这里，使用角分辨光电子能谱与体敏感的软X射线光子，我们实验证明，六角磷属元素化物CaAgAs属于一个新的家庭的拓扑绝缘体，其特点是反转的能带结构和晶体的镜面反射对称性。我们建立了三维布里渊区的体价带结构，观察到了与线节点相关的类Dirac-like能带和环形环面费米面，其中体价带和导电带在动量空间中相交于一条线上，自旋轨道耦合可以忽略.有趣的是，我们发现没有其他带穿过费米能级，因此低能激发的唯一特征是Dirac-like带。CaAgAs为研究低能电子动力学、晶体对称性和奇异拓扑性质之间的相互作用提供了一个很好的平台。
2018-01-26 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
Two-dimensional Dirac semiconductor and its material realization
我们提出了一个新的二维（2D）Dirac半导体的概念，其特征是在带边附近出现四重简并带交叉，并提供了一种在材料科学界实现这种新型半导体的通用方法。基于第一性原理计算和对称性分析，我们发现最近合成的三层（TL）-BiOS 2是这样的Dirac半导体，在X/Y点具有Dirac锥，受到非对称对称性的保护。由于TL-BiOS 2中的狄拉克费米子具有类π结构，因此每个狄拉克费米子都可以看作是两个手征相反的外尔费米子的组合，它们在动量-能量空间中简并，但在实空间中分离。这种狄拉克半导体带有以前从未报道过的层依赖的螺旋自旋织构。此外，TL-BiOS 2还灵活地实现了新的拓扑相变：（i）垂直电场可以驱动其进入具有可切换自旋极化方向的Weyl半导体;（ii）广泛的应变能够产生铁电极化，并驱动其在X点附近进入Weyl节环，在Y点进入另一种类型的四重简并点。我们的工作扩展了狄拉克费米子到半导体系统，并提供了一个有前途的途径，集成自旋电子学和光电子学的拓扑材料。
2021-03-14 cond-mat.mtrl-sci
Electronic and Magnetic Properties of Topological Semimetal Candidate NdSbTe
ZrSiS型材料代表了一个大的材料家族，具有拓扑非对称狄拉克费米子和非对称线费米子的不寻常共存。LnSbTe（Ln =镧系稀土元素）化合物作为ZrSiS族中的一个特殊的化合物，由于Ln的内禀磁性，为探索新的量子相提供了一个独特的机会。在这里，我们报告的NdSbTe，以前未开发的LnSbTe化合物的单晶生长和表征。NdSbTe具有类似于其他已知LnSbTe的场驱动变磁跃迁的反铁磁基态，但表现出明显增强的电子相关性，其特征在于大的索末菲系数为115 mJ/mol $K^2$，这是已知LnSbTe化合物中最高的。此外，我们的输运研究揭示了与磁性和近藤本地化的签名耦合。所有这些发现建立了NdSbTe作为一个新的平台，观察新的现象所产生的磁性，拓扑结构和电子之间的相互作用的相关性。
2020-06-09 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Electron-phonon superconductivity in C-doped topological nodal-line semimetal Zr$_5$Pt$_3$: A muon spin rotation and relaxation ($μ$SR) study
本文结合磁化、$μ$SR实验与DFT计算，证明C掺杂Zr$_5$Pt$_3$是具有非点式Dirac节线态的电子-声子超导体，并揭示其常规$s$波超导及拓扑能带保护特征。
2021-04-22 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
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
