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
Enhancement of spin-orbit coupling in Dirac semimetal Cd$_{3}$As$_{2}$ films by Sb-doping
研究了分子束外延生长的拓扑狄拉克半金属Cd $_{3}$ As $_{2}$掺杂Sb薄膜的磁输运性质。在我们的弱反局域化分析中，我们发现自旋轨道散射率的显着增强，表明Sb掺杂导致原始带反转能量的强烈增加。我们讨论了这种大的增强可能的起源通过比较Sb掺杂的镉$_{3}$作为$_{2}$与其他化合物半导体。Sb掺杂的Cd $_{3}$ As $_{2}$将是一个合适的体系，为进一步研究和功能化的拓扑狄拉克半金属。
2021-01-10 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Fermion dispersion renormalization in a two-dimensional semi-Dirac semimetal
本文用非微扰方法研究了二维半狄拉克半金属中长程库仑相互作用引起的量子多体效应。这种半金属可以在变形石墨烯和一类其他现实材料中实现。在非相互作用极限下，半狄拉克费米子的色散在一个方向上是线性的，在另一个方向上是二次的。当考虑库仑相互作用的影响时，可以显著地修改这样的色散。为了揭示关联效应，我们首先得到了完全费米子传播子的精确自洽Dyson-Schwinger方程，然后从数值解中提取了重整化费米子色散的动量依赖关系.结果表明，费米子色散在两个方向上都是线性的。这些结果进行了比较，以前的理论工作半狄拉克半金属。
2022-02-24 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Electronic Cooling in Weyl and Dirac Semimetals
从电子到声子的能量转移在任何基于Weyl或Dirac半金属的应用中都是重要的考虑因素。在这项工作中，我们分析计算声学声子的冷却功率，即与声学声子相互作用的电子的能量弛豫率，在各种不同的情况下，对于Weyl和Dirac半金属。对于在节点处具有费米能的冷Weyl或Dirac半金属，我们发现电子温度$T_e$随时间按幂律衰减。在重掺杂状态下，$T_e$在远离平衡的时间上线性衰减。在重掺杂的短程无序系统中，我们预测由于电子和声子之间的能量转移增强，声学声子的冷却能力急剧增加。当将外部磁场施加到未掺杂系统时，冷却功率在磁场强度上是线性的，并且$T_e$在时间上具有平方根衰减，在一定值范围内与磁场强度无关。
2015-10-04 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
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
Anisotropic Berry phase in the Dirac nodal-line semimetal ZrSiS: The effect of spin-orbit coupling
与Dirac/Weyl半金属中的点节点不同，拓扑双线半金属在k空间中具有线性色散的Dirac节点环.虽然与拓扑非平凡狄拉克费米子相关的量子输运已被广泛研究，但与扩展节线相关的独特功能仍有待证明。本文研究了半金属ZrSiS中电子输运沿c轴方向和磁场沿ab平面旋转时的量子振荡。的极值轨道确定通过磁场取向依赖的QO联锁的节线，导致一个非零的Berry相位。最重要的是，Berry相位显示出显着的依赖于磁场方向，我们认为这是由于有限的自旋轨道耦合间隙。我们的结果表明自旋轨道耦合和色散线在理解量子输运的NLSM的重要性。
2021-07-10 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
Current-induced second harmonic generation in inversion-symmetric Dirac and Weyl semimetals
二次谐波是一种基本的非线性光学现象，广泛应用于材料实验探测和光学器件中。偶阶非线性光学响应包括二次谐波通常需要反转对称性的破缺，因此已被用来研究非中心对称材料。在这里，我们从理论上研究了在直流电流下，通过创建一个非平衡稳态打破反转对称的反转对称狄拉克和Weyl半金属的二次谐波。基于解析和数值计算，我们发现Dirac和Weyl半金属在有限电流作用下表现出很强的二次谐波。我们对狄拉克半金属Cd $_3$ As $_2$和磁性Weyl半金属Co $_3$ Sn $_2$ S $_2$的实验估计表明，在中红外或远红外光下，对于实际应用的电流密度，诱导磁化率$χ^{(2)}$可以达到$10^5~\mathrm{pm}\cdot\mathrm{V}^{-1}$。该值比典型的非线性光学材料大10 $^2$ -10 $^4$倍。我们还讨论了观察电流诱导二次谐波的实验方法，并结合最近的实验对其他拓扑半金属中的电流诱导二次谐波进行了评论。
2020-07-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
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
Antiferromagnetic Dirac Semimetals in Two Dimensions
寻找类似于石墨烯的受保护的二维狄拉克半金属对于基础和实际兴趣都是重要的。二维狄拉克锥是由晶体对称性和磁序保护可能会破坏他们的鲁棒性。在这里，我们提出了一个一般的框架来分类具有时间反演和反转对称性的自旋轨道耦合系统中的稳定的二维狄拉克半金属，并显示了稳定的狄拉克点的存在，在二维反铁磁半金属。与三维Dirac半金属的两类不同，二维Dirac半金属的时间反演对称性和反演对称性是一类与非对称空间群对称性密切相关的单一对称性。我们进一步提供了一个具体的模型，在反铁磁半金属，它支持Dirac保护的二维狄拉克点。这种系统的对称性破缺导致了二维手征拓扑态，如量子反常霍尔绝缘体和手征拓扑超导相。
2017-03-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Pressure-induced superconductivity in the three-dimensional Dirac semimetal Cd3As2
最近发现的Dirac和Weyl半金属是拓扑材料的新成员。从它们开始，可以例如通过载流子掺杂或施加压力来实现拓扑超导性。在这里，我们报告的高压电阻和X射线衍射研究的三维拓扑狄拉克半金属Cd 3As 2。在8.5GPa下观察到Tc ~ 2.0K的超导电性。在21.3GPa时，Tc一直增加到约4.0K，然后在最高压力50.9GPa时表现出几乎恒定的压力依赖性。X射线衍射测量揭示了在3.5 GPa附近的结构相变。我们在加压拓扑狄拉克半金属Cd_3As_2中观察到的超导性为拓扑超导体提供了一个新的候选者，正如最近的点接触研究和理论工作所指出的那样。
2016-04-11 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
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
Semiconductor, topological semimetal, indirect semimetal, and topological Dirac semimetal phases of Ge$_{1-x}$Sn$_{x}$ alloys
用非局域经验赝势方法研究了Ge $_{1-x}$ Sn $_{x}$合金（0 $\leq$ $x$ $\leq$ 1）的电子结构.对于弛豫的Ge $_{1-x}$ Sn $_{x}$，发现$\textit x$ $>$ 41 $\%$在$Γ$点为拓扑半金属，具有无带隙和带反转，而在$x$ = 8.5 $\%$处存在间接-直接带隙跃迁.对于Ge衬底上的应变Ge $_{1-x}$ Sn $_{x}$，$x$ $>$ 43 $\%$出现具有负间接带隙的半金属，并且对于$x$ $<$ $\%$，Ge上的应变Ge $_{1-x}$ Sn $_{x}$总是间接带隙半导体。在适当的双轴压缩应变下，发现了拓扑狄拉克半金属，在$Γ$处有能带反转，沿[001]方向有一对狄拉克锥.
2017-02-28 cond-mat.mes-hall 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
Scalable Growth of High Mobility Dirac Semimetal Cd3As2 Microbelts
三维（3D）狄拉克半金属是石墨烯的3D类似物，其显示在k空间中具有线性色散的狄拉克点，通过晶体对称性稳定。Cd 3As 2和Na 3Bi被预测为3D狄拉克半金属，并随后通过光电发射实验证明。正如输运测量所揭示的那样，一些奇异相，如外尔半金属，拓扑绝缘体和拓扑超导体，可以通过破坏时间反演或反转对称性来推导。在这里，我们报道了一种简单的和可扩展的化学气相沉积方法来制备高质量的狄拉克半金属Cd 3As 2微带，它们显示出高达1.15*10^5 cm^2/V s的迁移率和显著的Shubnikov-de Haas振荡。这种特殊的功能归因于电子背散射的抑制。这项研究为Cd 3As 2材料的可扩展制造开辟了一条新的途径，以实现3D Dirac半金属的电子应用。
2015-04-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Semi-Quantized Spin Pumping and Spin-Orbit Torques in Topological Dirac Semimetals
研究了具有旋进磁化的铁磁绝缘体与拓扑狄拉克半金属之间的自旋和电荷输运现象随时间的发展过程。与常规金属相比，拓扑狄拉克半金属在自旋电流作用下表现出很强的逆自旋霍尔效应。结果表明，感应电荷电流是半量子化的，即，当系统处于拓扑Dirac半金属相时，它只与两个Dirac点在动量空间中的距离有关，而与无序强度几乎无关。作为逆效应，我们证明了施加在拓扑狄拉克半金属上的电场通过交换作用和半量子化自旋霍尔效应对铁磁绝缘体中的局域磁化强度施加自旋矩.我们的研究表明，拓扑狄拉克半金属提供了一个耗散较少的平台，自旋电荷转换和自旋开关。
2019-11-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
Evidence of Topological Surface State in Three-Dimensional Dirac Semimetal Cd3As2
三维拓扑半金属代表了物质的一种新的量子态。不同于拓扑绝缘体在二维动量平面中表现出线性色散的表面态，三维半金属的主体带沿所有方向线性色散，在三维动量空间中形成离散的狄拉克锥。三维Weyl/Dirac半金属除了在体相中具有无隙点（Weyl/Dirac节点）外，还具有“拓扑保护”的表面态，在其特定的表面上具有费米弧。Weyl/Dirac半金属是近年来研究的热点，它不仅为探索独特的量子现象提供了一个平台，而且也显示了潜在的应用前景。虽然Cd 3As 2被认为是狄拉克半金属的一个可行的候选者，但需要更多的实验证据和理论研究来确定它的性质。特别是，拓扑表面状态，三维半金属的标志，尚未观察到在Cd 3As 2。本文报道了用角分辨光电子能谱方法在Cd_3As_2（112）晶体表面测量的电子结构和详细的能带结构计算。费米面和能带结构的测量结果与能带结构的计算结果吻合较好，在布里渊区中心附近有两个接近费米能级的类狄拉克带，并形成狄拉克点.此外，首次发现了线性色散接近费米能级的拓扑表面态。这些结果提供了强有力的实验证据的性质的拓扑非平凡的三维狄拉克锥Cd 3As 2。
2014-05-22 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
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
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
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
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 $材料类，特别是SrHgSn和CaHgSn，作为候选人实现Dirac-Weyl半金属。
2018-02-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Cat's cradle-like Dirac semimetals in layer groups with multiple screw axes: Application to 2D Borophene and Borophane
近年来，晶体保序拓扑半金属，特别是非对称保序拓扑半金属引起了人们广泛的兴趣。我们列出了可能的双螺旋拓扑半金属，并在没有自旋轨道耦合的情况下，在所有具有多个螺旋轴的层组中推导出它们的k.p哈密顿量。我们发现了一种新颖的猫摇篮状拓扑半金属相，它看起来像多个沙漏状能带结构交错在一起。此外，我们提出了单层硼氢化物和borophane与PMMN层组作为第一类材料来实现这种新的半金属相。揭示了二维硼基材料中费米能级上的一对倾斜各向异性狄拉克锥，并给出了低能有效模型。此外，类似于三维Weyl半金属，这些猫摇篮状Dirac半金属的拓扑性质也可以通过量子化Berry相的计算和连接两个Dirac点的平坦费米弧边缘态的证明得到验证.我们的发现，borophane和borophane是猫的摇篮状狄拉克半金属是非常感兴趣的实验和可能的应用在未来。
2018-09-25 cond-mat.mtrl-sci
Dirac semimetal phase in the hexagonal LiZnBi
基于第一性原理计算，我们发现六方金属化合物$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
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
Strong and Fragile Topological Dirac Semimetals with Higher-Order Fermi Arcs
本文针对 Dirac 半金属缺乏直接体—边对应的问题，通过 s-d 杂化 QI 模型与嵌套 Jackiw-Rebbi 理论揭示高阶铰链费米弧，并用第一性原理在多种材料中验证。
2023-09-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Creating stable Floquet-Weyl semimetals by laser-driving of 3D Dirac materials
调谐和稳定拓扑态，如Weyl半金属，Dirac半金属，或拓扑绝缘体，是材料科学的主要课题之一。多体系统的周期性驱动提供了一个平台，以设计具有超快时间尺度上可调电子特性的物质Floquet态。在这里，我们展示了如何飞秒激光脉冲与圆偏振光的第一性原理计算可以用来切换Weyl半金属，狄拉克半金属，拓扑绝缘体状态之间的一个原型的三维狄拉克材料，钠$_3$铋。我们的研究结果是一般的，适用于任何三维狄拉克半金属。我们讨论了时间相关带和Floquet-Weyl点（Floquet-WPs）转向的概念，并演示了光如何增强对晶格扰动的拓扑保护。我们的工作对材料性质的超快开关具有潜在的实际意义，如光学带隙或异常磁阻。此外，我们引入Floquet时间相关的密度泛函理论（Floquet-TDDFT）作为一个通用的和强大的第一性原理方法预测Floquet工程的拓扑状态的物质。
2016-10-05 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
$PT$ 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
Type-II Dirac nodal chain semimetal CrB4
针对II型狄拉克节链半金属缺乏实验证实的理想材料平台问题，本研究通过对称性分析和第一性原理计算，预测CrB₄是镜面对称保护的II型狄拉克节链半金属，具有双带模型下的大磁阻效应，为相关实验研究提供理想材料。
2024-12-05 cond-mat.mtrl-sci
Nearly massless Dirac fermions and strong Zeeman splitting in the nodal-line semimetal ZrSiS probed by de Haas--van Alphen quantum oscillations
拓扑半金属代表了一类新的量子材料承载狄拉克/外尔费米子。拓扑费米子的基本性质可以通过量子振荡来揭示。在这里，我们提出了第一个系统的de Haas-van Alphen（dHvA）振荡研究最近发现的拓扑狄拉克线半金属ZrSiS。从dHvA振荡的角度依赖性，我们已经揭示了各向异性狄拉克带在ZrSiS和发现令人惊讶的强塞曼分裂在低磁场。从塞曼分裂峰的分离估计的Landé g因子高达38。从dHvA振荡的分析，我们还发现了近零的有效质量和非常高的量子迁移率的狄拉克费米子在ZrSiS。这些结果揭示了新的狄拉克费米子物理的ZrSiS的性质。
2017-07-24 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
Thickness driven topological quantum phase transition and experimental evidence of Dirac semimetal state in Cr-doped Bi2Se3
在这份报告中，我们证明了在Cr掺杂的Bi 2Se 3的能隙关闭和重新打开振荡的方式与样品厚度的增加表示的拓扑量子相变由量子有限尺寸效应驱动。的振荡模式提供了一个证据，Cr掺杂的Bi_2Se_3可以有狄拉克半金属状态取决于样品的厚度和Cr含量。这解决了拓扑绝缘体在狄拉克点处非磁性能隙开放的难题。在狄拉克半金属态，由于能带的量子有限尺寸限制，可以打开一个能隙。此外，我们的室温ARPES测量揭示了拓扑量子相变之间的x = 0.06和x = 0.08在7个五重层Bi 2-xCrxSe 3没有铁磁性。
2017-11-06 cond-mat.mtrl-sci
Bond-breaking Induced Lifshitz Transition in Robust Dirac Semimetal $\mathbf{VAl_3}$
半金属中的拓扑电子通常易受化学掺杂和环境变化的影响，这限制了它们在未来电子器件中的潜在应用。在本文中，我们报告的第二类狄拉克半金属$\mathbf{VAl_3}$主机特殊的，强大的拓扑电子，可以容忍极端的化学成分的变化。即使在$\mathbf{V_{1-x}Ti_xAl_3}$固溶体中的V原子被置换后，狄拉克电子仍然保持完整。这种狄拉克半金属态在$x=0.35$处结束，在那里发生到$p$型平凡金属的Lifshitz跃迁。在这个转变中，只要Ti取代所提供的空穴完全减少成键轨道，V-Al键就完全断裂。换句话说，$\mathbf{VAl_3}$中的狄拉克电子受到V-Al键的保护，该V-Al键的分子轨道是它们的成键重心。我们对拓扑半金属中电子数、化学键和电子性质之间相互关系的理解为寻找稳定的、化学键保护的拓扑材料提供了一种合理的途径。
2020-05-16 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 semimetal and topological phase transitions in A3Bi (A=Na, K, Rb)
三维狄拉克点是两个外尔点在动量空间中重叠的地方，通常是不稳定的，也很难实现。在这里，我们表明，基于第一性原理计算和有效的模型分析，结晶$A_3$ Bi（$A$ =Na，K，Rb）是狄拉克半金属与体3D狄拉克点的晶体对称性保护。它们在表面上具有非平凡的费米弧，并且可以通过明确的对称性破缺而被驱动到各种拓扑上不同的相。这类化合物具有巨抗磁性、线性量子磁电阻效应和量子自旋霍尔效应。
2012-05-24 cond-mat.mtrl-sci
Pressure-Induced Topological Dirac Semimetallic Phase in KCdP
Visvesvaraya National Institute of Technology（维斯瓦萨瓦亚国家理工学院）
研究通过压力调控K Cd P的电子结构，发现无自旋轨道耦合时转变为三重点半导体，而引入自旋轨道耦合后在负三轴压力下形成狄拉克半金属相，具有无质量狄拉克费米子和晶体对称性保护的鲁棒性。
2026-03-28 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
Lorentz violation in Dirac and Weyl semimetals
我们提出了凝聚态系统中突现Lorentz对称性的描述与时空和物质基本理论中Lorentz破坏的一般有效场论之间的对应关系。这种对应关系在两个方向上都有潜在的影响。我们说明的建议，调查其后果的光谱和输运性质的狄拉克和外尔半金属。这个框架的具体实现产生了狄拉克节谱与节线和环。我们证明了这些狄拉克节点半金属的体积拓扑不变量和鼓面表面状态之间的体积边界对应关系。我们计算了它们的输运系数的领先阶微扰理论，从而表征了非常规的电磁响应，由于小的偏离紧急洛伦兹不变性。一些前瞻性的未来应用的对应关系进行了概述。
2021-12-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
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
Instability of Dirac semimetal phase under strong magnetic field
在磁场作用下，狄拉克半金属很容易达到量子极限，由于拓扑零朗道带的高度简并，这将导致一些奇异的多体物理。在自洽平均场水平下，通过求解由追踪高能自由度导出的有效哈密顿量，系统地研究了强磁场作用下Dirac半金属的不稳定性.电荷密度波（CDW）相和极化的激子凝聚形成的相位被预测为基态的倾斜和非倾斜的带，分别。此外，我们建议，区别于CDW相，偏振的双折射相可以在实验中通过各向异性输运和拉曼散射来识别。
2017-09-20 cond-mat.mtrl-sci
Ideal Spin-Orbit-Free Dirac Semimetal and Diverse Topological Transitions in Pr$_8$CoGa$_3$ Family
通过第一性原理计算提出 $RE_8\mathrm{Co}X_3$ 族包含理想无自旋 Dirac 半金属，并揭示了由晶格畸变或元素取代引发的向多种拓扑半金属相的相变。
2024-11-18 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
