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
Floquet dynamics in two-dimensional semi-Dirac semimetals and three-dimensional Dirac semimetals
研究了二维半狄拉克半金属和三维狄拉克半金属对非共振圆偏振光的光响应。对于二维半狄拉克半金属，我们发现，入射光不会打开一个间隙的光谱，在纯线性色散的情况下。对于三维的情况下，我们发现，应用圆偏振光，可以从平凡的绝缘体调谐到三维狄拉克半金属与一个倒置的差距。我们提出并表明，应用光导致一个有趣的平台的生成，运动和合并的三维狄拉克点。
2015-05-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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-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
Coexistence of Topological Dirac and Dirac Nodal line semimetal in SrCaP belonging to Nodal line semimetal family SrCaX(X= Bi, Sb, As, P)
本文通过从头计算发现 SrCaX（X=Bi、Sb、As、P）是受 Z2 贝里相位保护的狄拉克节线半金属，并在单一晶体中同时实现 II 型狄拉克点与拓扑节线半金属共存，为研究拓扑性质相互作用提供了理想平台。
2024-06-06 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
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
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
High-Throughput Discovery of Semimetallic Borophenes with Diverse Dirac States Via Transferable Tight-Binding Approach
School of Physics and Optoelectronics, Xiangtan University（湘潭大学物理与光电工程学院）；Hunan Provincial Key Laboratory of Computational Condensed Matter Physics and Quantum Materials Engineering（湖南省计算凝聚态物理与量子材料工程重点实验室）
开发可转移紧束缚框架结合图论和群论随机生成策略，高通量筛选522种硼烯同素异形体，发现8种新型半金属硼烯，包含I型、III型狄拉克锥、狄拉克节线及首次预测的二次节点半金属。
2026-06-02 cond-mat.mtrl-sci
The three-dimensional topological Dirac semimetal Na$_3$Bi: the ground state phase
通过第一性原理计算，我们发现早期表征的三维拓扑体狄拉克半金属$P$ 6 $_3$/ $mmc$ Na $_3$ Bi在基态是动态不稳定的，这是由于在$K$点附近存在大的虚声子频率.另外，我们的计算表明，一个新的基态相，结晶在$P$ $\overline3$ $c$ 1结构与屈曲石墨样Na/Bi片，这是能量和动力学更稳定。此外，计算还揭示了在基态的$P$ $\overline3$ $c$ 1相也是拓扑3D狄拉克半金属，与亚稳态$P$ 6 $_3$ / $mmc$相的电子态完全相同。
2014-04-04 cond-mat.mtrl-sci
Comment on A Dirac-semimetal two-dimensional BeN4: Thickness-dependent electronic and optical properties [Appl. Phys. Lett. 118, 203103 (2021)]
最近，Bykov及其同事报道了BeN 4层状结构的成功合成。在实验报告之后，Bafekry和同事发表了他们关于BeN 4单层的稳定性，电子，光学和弹性常数的第一原理结果。在上述工作中，作者提出了许多错误的主张，并报告了错误的结果。
2021-09-02 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
De Haas - van Alphen study of the Dirac nodal-line semimetal candidate TaPtTe$_5$
该研究通过磁转矩测量开展狄拉克节线半金属候选材料TaPtTe$_5$的量子振荡研究，实验结果与能带计算一致，补充了相关稀缺数据。
2025-07-29 cond-mat.mtrl-sci
Fragility of Fermi arcs in Dirac semimetals
利用可调谐真空紫外激光角分辨光电子能谱和密度泛函理论计算研究了Dirac半金属候选立方PtBi ${}_{2}$的电子性质.除了体电子态，我们还发现了PtBi ${}_{2}$的表面态，这是预期的PtBi ${}_{2}$是一个候选的狄拉克半金属理论预测。DFT能带计算也很好地再现了表面态。有趣的是，拓扑表面状态形成费米轮廓，而不是双费米弧观察到的Na $_3$ Bi。正如预期的那样，形成费米轮廓的表面带与狄拉克点投影附近的体带合并。我们的数据证实了PtBi ${}_{2}$中Dirac态的存在，并揭示了Dirac半金属中费米弧的脆弱性.因为费米弧通常不受拓扑保护，所以它们可以变形为费米轮廓，如由[Kargarian { \it et al.}，PNAS \textbf{113}，8648（2016）]。我们的结果证明了该理论在PtBi ${}_{2}$中的有效性。
2019-04-05 cond-mat.mtrl-sci
Efficient Terahertz Harmonic Generation with Coherent Acceleration of Electrons in the Dirac Semimetal Cd3As2
我们报道了室温下三维狄拉克半金属Cd 3As 2的薄膜中强太赫兹（~10^12 Hz）高次谐波的产生。三次谐波可以用桌面光源检测到，并且通过在薄膜内部施加6.5 kV/cm的基波场可以达到100 V/cm，显示出前所未有的太赫兹频率转换效率。我们的时间分辨太赫兹光谱和计算也澄清了起源于狄拉克电子在动量空间中的相干加速的非线性的微观机制。我们的研究结果为太赫兹场驱动的Dirac电子在散射影响下的非线性电流提供了清晰的见解，为基于拓扑半金属的高速电子学和光子学的新型器件铺平了道路。
2020-03-24 cond-mat.mtrl-sci
Electrostatic Modulation of the Electronic Properties of Dirac Semimetal Na3Bi
在非晶SiO $_2$：Si衬底上生长了拓扑狄拉克半金属Na $_3$ Bi的大面积薄膜，以实现掺杂Si作为背栅的场效应晶体管。所生长的膜显示电荷载流子迁移率超过7，000 cm $^2$ /Vs，载流子密度低于3 $\times $ × 10 $^{18}$ cm $^{-3}$，与最好的薄膜Na $_3$ Bi相当。双极场效应和最小电导率观察，狄拉克电子系统的特性。结果定量地了解内的拓扑狄拉克半金属中的无序引起的电荷不均匀性的模型。由于反向能带结构，空穴迁移率显著大于Na $_3$ Bi中的电子迁移率，并且当存在时，这些空穴主导传输性质。
2017-08-06 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
Low Carrier Density Metal Realized in Candidate Line-Node Dirac Semimetals CaAgP and CaAgAs
我们研究多晶样品的六方磷属元素，CaAgP和CaAgAs，这两者都是理想的候选人线节点狄拉克半金属。在本研究中获得的CaAgP和CaAgAs多晶样品是低载流子金属，其中空穴载流子占主导地位。通过结合霍尔系数估计的空穴载流子密度和电子结构计算的第一性原理计算，发现两个样品都有一个环环面费米面，来自一个环形的狄拉克线节点。在磷化物样品中，费米能级EF位于电子带线性色散区的末端附近，而在砷化物样品中，费米能级EF位于该区域的中部，这表明砷化物是一个更有希望揭示线结狄拉克半金属物理的体系.
2016-11-02 cond-mat.mtrl-sci
Normal Dirac Semimetal Phase and Zeeman-Induced Topological Fermi Arc in PtSr5
Sungkyunkwan University（成均馆大学）
本研究通过第一性原理计算发现PtSr5为正常狄拉克半金属，施加z轴塞曼磁场可将其驱动至外尔半金属相，展示了拓扑相的可调性及AI材料探索的有效性。
2025-10-26 cond-mat.mtrl-sci
