Type-II Dirac cone and Dirac cone protected by nonsymmorphic symmetry in carbon-lithium compound (C4Li)
本文利用第一性原理方法预测了碳锂化合物的一种新的能带结构。我们发现它在费米能级附近有两个Dirac点，一个位于W点，这是由于化合物的非对称性，另一个表现为II型Dirac锥，沿Γ到X线具有更高的各向异性.在第二类狄拉克锥附近得到的空穴袋和电子袋的费米面片是相互分离的，当费米能级掺杂穿过第二类狄拉克锥时，空穴袋和电子袋的费米面片会相互接触。讨论了费米面随掺杂的演化。从T到W交叉的能带在kx=π和ky=π镜像平面的交叉处形成线节点。C_4Li是一种在费米能级附近同时具有非对称保护Dirac锥和II型Dirac锥的新型材料，具有特殊的拓扑性质，在电子学应用中具有重要意义。
2017-08-03 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
Dirac Nodal Line and Rashba Splitting Surface States in Nonsymmorphic ZrGeTe
狄拉克半金属（DSM）是具有对称性增强的体狄拉克节点的石墨烯的三维类似物。在各种DSM中，ZrSiS由于其三维Dirac节线受到非对称性的保护，近年来引起了人们更多的兴趣。它实际上属于一个具有独特量子现象的同构化合物大家族。在这里，我们提出了一个全面的研究的第一性原理计算，角分辨光电子能谱（ARPES）测量，和扫描隧道显微镜（STM）实验上的ZrGeTe，一个成员的ZrSiS家族具有较强的自旋轨道耦合（SOC）。我们的能带结构计算表明，在具有Rashba分裂螺旋自旋织构的$\bar{X}$上存在浮动无隙表面态，这一点被我们的ARPES测量所证实。我们还进行准粒子散射干涉（QPI）成像，并找到几个q矢量，与其他家族化合物中没有观察到的两个Umklapp散射矢量。所有的q矢量都可以用联合态密度（JDOS）模拟来识别。我们的结果显示了ZrGeTe有趣的电子结构，并可能有利于利用其奇异的量子态在未来的潜在应用。
2019-12-15 cond-mat.mtrl-sci
Frequency-dependent Faraday and Kerr rotation in anisotropic nonsymmorphic Dirac semimetals
本研究计算了非对称性保护的各向异性狄拉克半金属中频率相关的法拉第和克尔旋转角，发现零频极限下旋转角为$2α_F$，并在接近塞曼能隙吸收边时出现对数增强，表明此类材料可用于磁光偏振旋转器件。
2023-06-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Line nodes, Dirac points and Lifshitz transition in 2D nonsymmorphic photonic crystals
拓扑学的相变，吸引了几代物理学家，总是以能隙闭合为界。在这项工作中，我们提出了非常简单的二维光子晶体晶格的间隙关闭点，即带退化保护的非对称对称性。我们的光子结构相对容易制造，每个单元格由两个不等效的介电圆柱体组成。沿高对称性方向，他们表现出线退化保护的滑移反射对称性，我们明确证明了$pg,pmg,pgg$和$p4g$非对称群。在存在时间反演对称性的情况下，它们还表现出受与晶体对称性相关的$Z_2$拓扑数保护的点简并性（狄拉克点）。引人注目的是，强大的保护$pg$ -对称性允许Lifshitz过渡到II型狄拉克锥在很宽的实验参数范围内，从而提供了一个方便的路线实现异常折射。进一步的潜在应用包括基于电致应变的交通信号灯装置，其动态地将晶格对称性从$pgg$切换到更高的$p4g$对称性。这控制了狄拉克点的聚合，从而控制了晶体内的群速度。
2017-04-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Photon Absorption of Two-dimensional Nonsymmorphic Dirac Semimetals
二维Dirac半金属由于其线性的能量色散和非平凡的Berry相而引起了人们的广泛关注。石墨烯类2D狄拉克材料仅在某些近似值内是无间隙的，例如，如果忽略自旋轨道耦合（SOC）的话。本文计算了非对称半金属材料如$α$ -铋烯的光吸收系数，并对非对称半金属材料的光吸收系数进行了理论分析。该系统具有两个沿$x$和$y$方向具有不同费米速度的各向异性狄拉克锥强烈地依赖于各向异性因子和光子偏振。当垂直于材料平面施加磁场时，吸收系数还取决于我们称为能带结构的混合角的内部参数。我们进一步发现，一个平面内的磁场，而离开系统的间隙，可以诱导一个Van-Hove奇点的联合态密度：这导致了显着增强的光吸收的奇异性的频率为一个方向的偏振，但不是为正交的，使光学性质更强烈地依赖于偏振。由于在我们的模型中存在的各向异性，狄拉克锥在两个高对称动量的布里渊区的贡献非常不同的光学吸收。因此，有可能通过改变光子偏振和频率来优先填充一个谷或另一个谷。这些结果表明，非对称二维狄拉克半金属是可调谐磁光器件的优良候选材料。
2022-02-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Three-dimensional organic Dirac-line materials due to nonsymmorphic symmetry: a data mining approach
电子Kohn-Sham能带结构的数据挖掘研究进行有机材料数据库（OMDB）中识别狄拉克材料。除此之外，发现三维有机晶体5，6-双（三氟甲基）-2-甲氧基-1 $H$-1，3-二氮杂在能带结构内具有不同的狄拉克线节点。从群论分析，有可能区分由于单斜晶体对称性保护的2重简并能级而发生的狄拉克线节点和由电子能带结构的拓扑结构保护的2重简并偶然交叉。通过引入三个不同的拓扑类，所得结果可以推广到具有空间群$P2_1/c$（No.14，$C^5_{2h}$）的所有材料。
2017-01-03 cond-mat.mtrl-sci physics.data-an
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
Emergence of topological phases from the extension of two-dimensional lattice with nonsymmorphic symmetries
Young和Kane在非对称晶体对称性下对具有非平凡拓扑的二维Dirac半金属给出了很好的见解。基于他们提出的一种二维非对称正方形格子结构，我们进一步通过垂直堆叠二维非对称格子构造了一组三维极小紧束缚模型。具体来说，我们的模型提供了一个平台，以产生三个拓扑半金属相，如狄拉克节线半金属，外尔节线半金属和外尔半金属。偏心镜像对称充分地保护了具有非平凡镜像不变量$n_{M\mathbb{Z}}$的镜像不变量平面内出现的节线，而双重螺旋旋转对称保护了具有拓扑电荷$C=2$的非平凡Weyl节点。有趣的是，外尔节环产生没有镜像对称保护，其中非平凡的“鼓面”表面状态出现在循环。在同时存在时间反转对称和反转对称的情况下，讨论了弱拓扑绝缘体相的出现。
2018-04-15 cond-mat.mtrl-sci
Tunable Weyl and Dirac states in the nonsymmorphic compound $\rm\mathbf{CeSbTe}$
近年来，人们对拓扑半金属的研究提出了许多新的拓扑相，这些相可以在实际材料中实现。除了狄拉克和外尔系统之外，这些系统还包括基于体电子结构中的流形能带简并的更多奇异相。拓扑半金属中的奇异态通常受到某种晶体对称性的保护，磁序的引入可以通过破坏时间反演对称性来影响这些奇异态。在这里，我们表明，我们可以实现丰富的各种不同的拓扑半金属状态在一个单一的材料，$\rm CeSbTe$。这种化合物可以表现出不同类型的磁序，可以通过施加小磁场轻松访问。因此，它允许调整电子结构，并且可以驱动它通过拓扑上不同的相的歧管，例如在高对称点处具有八重带交叉的第一非对称磁性拓扑材料。我们的实验结果得到了全磁群论分析和从头计算的支持。这一发现为研究磁性和拓扑学的相互作用提供了一个现实而有前途的平台。
2017-07-11 cond-mat.mtrl-sci
Coexistence of Chiral Majorana Edge States and Bogoliubov Fermi Surfaces in Two-Dimensional Nonsymmorphic Dirac Semimetal/Superconductor Heterostructures
本研究在二维非对称性狄拉克半金属/超导体异质结构中，通过塞曼场和s波超导邻近效应，实现了手性马约拉纳边缘态与玻戈留博夫费米面的共存，并研究了其对热霍尔效应的影响。
2025-09-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.quant-gas
Evolving Devil's staircase magnetization from tunable charge density waves in nonsymmorphic Dirac semimetals
虽然近年来已经发现了几种磁性拓扑半金属，但它们的能带结构远非理想，经常被费米能处的平凡带所掩盖。具有干净的线性分散带的方网材料显示出规避这个问题的潜力。CeSbTe是一种方网材料，具有多个磁场可控拓扑相。在这里，它表明，在这种材料中，甚至更高程度的可调谐性可以通过改变在方网图案的电子计数来实现。增加的电子填充导致结构畸变和电荷密度波（CDW）的形成。调制波矢量不断演变，导致多个离散CDW的区域和相应的复杂的“魔鬼阶梯”磁基态。观察到一系列分数量子化的磁化平台，这意味着CDW和集体自旋激发之间的直接耦合。它进一步表明，CDW创建一个强大的理想化的非对称狄拉克半金属，从而提供访问的拓扑系统具有丰富的磁性。
2021-07-14 cond-mat.mtrl-sci
3D $Z_2$ Topological Nodes in Nonsymmorphic Photonic Crystals: Ultrastrong Coupling and Anomalous Refraction
我们提出在具有时空反转对称性的非对称全介质光子晶体中模拟具有非平凡$Z_2$拓扑结构的3D Dirac点和线节点，这种光子晶体可以在红外和微波频率下实现.尽管在光子晶体中没有Kramers简并是一个根本障碍，但通过非对称螺旋对称性，在高对称平面上实现了所有Bloch态的双简并。两个正交的螺旋轴导致在高对称性布里渊区边界线上的3D $Z_2$狄拉克点。另一方面，$Z_2$线节点出现作为受保护的双重退化的布洛赫带与相反的镜像宇称的$k_z=0$平面上。最低频率的线节点是确定的，因为一个简并的合作伙伴切换机制所保证的基本性质的麦克斯韦方程组和非对称螺旋对称。由于$Z_2$拓扑狄拉克点的存在，在光子晶体与空气的（100）和（010）界面上的光线下方出现了一对手征相反的费米弧。这些强大的表面状态提供了一个独特的机会，实现一个“开放腔”与量子发射器和工程真空之间的强相互作用与非平凡的Berry阶段-一个重要的一步，拓扑状态的强相互作用玻色子。对氮化硼薄膜中腔-光子-声子共振耦合进行了实际计算，得到了真空拉比分裂达到光子频率$23\%$的超强耦合。我们还表明，II型狄拉克锥具有反常的谷选择性折射：双折射与正折射和负折射的一个山谷，而没有折射的其他。
2016-08-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Nonsaturating large magnetoresistance in the high carrier density nonsymmorphic metal CrP
高载流子密度金属CrP的能带结构在布里渊区的Y点处具有有趣的交叉。交叉，这是由空间群的非对称对称性的保护，导致在Y附近的混合，半狄拉克样的能量动量色散关系。沿Y- $Γ$的线性能量-动量色散关系使人联想到在几种半金属极大磁电阻（XMR）材料中观察到的能带结构。我们已经测量了横向磁阻的磷化铬高达14 T的温度低至$\sim$ 16 mK。我们的数据揭示了一个非饱和，二次磁阻以及所谓的'打开'温度的电阻率的温度依赖性的行为。尽管磁阻的大小不同，而且磷化铬不是半金属，但这些特性在性质上与XMR材料的观测结果相似。因此，高场电输运的研究磷化铬提供的前景，确定在广泛的金属中观察到的非饱和，二次磁阻的可能起源。
2019-03-14 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
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
Nonsymmorphic nodal-line metals in the two-dimensional rare earth monochalcogenides MX (M = Sc, Y; X = S, Se, Te)
我们预测了一个新的二维稀土单硫族化合物MX（M = Sc，Y; X = S，Se，Te）.基于第一性原理计算，我们证实了它们的稳定性，并系统地研究了它们的力学性能。我们发现，这些材料是金属和有趣的是，他们拥有节点线的低能量能带结构周围的整个布里渊区，保护非对称晶体对称性的情况下的自旋轨道耦合（SOC）。SOC在节线处打开小的能隙，除了两个高对称点，在那里获得四重简并的2D自旋轨道狄拉克点。我们发现，这些拓扑带功能是强大的单轴和双轴应变下，但可以解除剪切应变。我们还研究了这些材料的光学电导率，并表明应变下的能带结构的转变可以从光吸收光谱推断。我们的工作揭示了一个新的家庭的二维拓扑金属材料与有趣的机械和电子性能，这将有助于研究非对称使节点功能在二维。
2020-04-19 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
Semi-Dirac and Weyl Fermions in Transition Metal Oxides
我们发现，一类化合物与$I$ 4/ $mcm$晶体对称主机三维半狄拉克费米子。与已知的二维半狄拉克点不同，这些三维半狄拉克点的简并不被自旋轨道耦合所提升，这是由于受到非对称对称性的保护--$a-b$平面中的螺旋旋转和沿$c$轴的平移。这种晶体对称性在四元钙钛矿氧化物中发现，其可通过导致$^0$ a $^0$ c $^-$型八面体旋转的外延应变在薄膜中实现。有趣的是，随着时间反演对称性的破缺，两对外尔点出现在布里渊区的半狄拉克点，以及额外的晶格畸变导致增强的本征反常霍尔效应。通过外延应变调节Berry相的能力可用于新型氧化物基电子器件。
2022-01-06 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
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
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
Hydrostatic pressure induced Dirac semimetal in black phosphorus
受最近实验观察到的流体静压诱导的黑磷从半导体到半金属的转变[Chen et al. in arXiv：1504.00125]的启发，我们提出了关于黑磷电子结构的压力效应的第一性原理计算。结果表明，在临界压力Pc_1 =1.23 Gpa附近，Z点处的能带发生交叉和反转，在Z点附近，能带反转演化为4个二重简并的狄拉克锥，表明是一种三维狄拉克半金属.随着压强的进一步增加，Gamma-Z线上的狄拉克锥向Gamma点移动，演化为两个空穴型费米口袋，Z-M线上的狄拉克锥向M点移动，演化为两个空穴型费米口袋，压强达到4.0Gpa时，狄拉克锥的位置发生变化。它清楚地表明，Lifshitz转变发生在$P_{c1}$从半导体到3D狄拉克半金属保护的非对称空间对称性的体积。这表明黑磷由于其易于通过压力调制而具有用于光电和电子器件的光明前景。
2016-06-08 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Oxygen vacancy-driven orbital multichannel Kondo effect in Dirac nodal line metals IrO2 and RuO2
强电子相关性一直被认为是推动物质新相出现的原因。一个广为人知的例子是高温超导性，它不能用标准的弱耦合理论来理解。伴随双通道近藤效应形成的奇异性质，包括在低能极限出现非常规金属态，也源于强电子相互作用。尽管它在非标准金属行为的形成中扮演着典型的角色，但其出现所需的严格条件使得在真实量子材料中观察双轨道双通道近藤效应变得困难，如果不是不可能的话。我们报告的观测轨道的一个和两个通道的近藤物理学的狄拉克节线金属IrO2和RuO2纳米线，并表明，对称性，强制狄拉克节线的存在，也促进了形成的狄拉克近藤相关。因此，金红石氧化物纳米结构形成了一个多功能的量子物质平台，以设计和探索物质的内在相互作用的拓扑状态。
2020-09-26 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el quant-ph
Symmetry-enforced three-dimensional Dirac phononic crystals
狄拉克半金属是指四个能带之间具有离散的线性交叉点（称为狄拉克点）的材料，是拓扑上不同相的临界态。这样的无隙拓扑态是通过带反转机制实现的，在这种机制中，狄拉克点可以通过微扰成对地湮灭，而不改变系统的对称性。在这里，我们报告的狄拉克点的实验观察，强制执行完全由晶体对称性，使用非对称的三维声子晶体。有趣的是，我们的狄拉克声子晶体主机四个螺旋拓扑表面状态，其中相反螺旋的表面状态交叉沿某些动量线的间隙，我们进一步的表面测量证实。新的狄拉克系统可能为研究难以捉摸的（伪）相对论物理提供新的机会，也为声学应用提供了一个独特的原型平台。
2020-01-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Intrinsic Second-Order Topological Superconductors with Tunable Majorana Zero Modes
本研究通过非对称Dirac半金属实现本征二阶拓扑超导体，通过调控边界亚晶格终止实现Majorana零模的可调性。
2025-12-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.quant-gas
Type-II Dirac Photons
相对论电子波的狄拉克方程是外尔费米子和马约拉纳费米子以及拓扑绝缘体的母模型。三维光子晶体中狄拉克物理的模拟，虽然对于光学频率的拓扑现象非常重要，但遇到了Kramers双简并和宇称反转综合的挑战。在这里，我们将展示如何II型狄拉克点-奇异狄拉克相对论波尚未被发现-是通过非对称螺旋对称鲁棒地实现。涌现的第二类狄拉克点具有非平凡的拓扑，是第二类外尔点的母态。所提出的全电介质结构使得在光子晶体-空气界面处的稳健腔态和异常折射成为可能，并且具有非常低的能量耗散。
2017-11-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
A New Two-Dimensional Dirac Semimetal Based on the Alkaline Earth Metal, CaP$_3$
使用进化算法结合第一性原理密度泛函理论计算，我们确定二维（2D）的CaP $_3$单层作为一个新的狄拉克半金属由于反转和非对称的空间对称性的结构。这种由轻元素组成的新拓扑材料具有高的结构稳定性（高于文献中已知的相），这通过热力学和动力学稳定性分析得到证实。此外，它满足电子填充准则，因此它的狄拉克态位于费米能级附近。理论对称性分析所预言的狄拉克态的存在也被第一性原理电子能带结构计算所证实。我们发现，狄拉克态的能量位置可以通过应变调谐，而狄拉克态是不稳定的外部电场，因为它打破了空间反演对称性。我们的研究结果将有助于基于轻元素的二维狄拉克费米子在纳米电子器件和拓扑电子学中的应用。
2023-03-02 cond-mat.mtrl-sci
Observation of Flat Bands and Dirac Cones in a Pyrochlore Lattice Superconductor
本研究通过角分辨光电子能谱、晶格模型和密度泛函理论计算，在具有焦绿石亚晶格的Laves相超导体CeRu$_2$中首次实验观测到3D电子局域化平带和非简并对称性保护的3D无质量Dirac锥，确立了焦绿石结构作为探索拓扑与多体相互作用交织的新奇演生相的平台。
2023-12-14 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Graphene-like Dirac states and Quantum Spin Hall Insulators in the square-octagonal MX2 (M=Mo, W; X=S, Se, Te) Isomers
我们研究了过渡金属二硫属化物MX $_2$（$M$ =Mo，W; $X$ =S，Se，Te）的正六方晶格，作为MX $_2$正六方化合物的异构体。通过能带结构的计算，我们观察到了具有非对称空间群对称性的MX $_2$矩形晶格中的类石墨烯Dirac能带结构。范霍夫奇点的两个带在费米能级处相交，导致两个动量相反的狄拉克锥。自旋轨道耦合可以在这些狄拉克点打开一个非平凡的能隙，并诱导量子自旋霍尔（QSH）相，二维拓扑绝缘体。在这里，正方形-八边形MX $_2$结构实现了过渡金属二硫属化物中有趣的石墨烯物理，如狄拉克带和QSH效应。
2015-03-29 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
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
Generating nanoscale and atomically-sharp p-n junctions in graphene via monolayer-vacancy-island engineering of Cu surface
在石墨烯单层膜中建立高质量的pn结对于研究无质量狄拉克费米子的许多奇异现象至关重要。然而，即使石墨烯技术的快速发展超过十年，在石墨烯中产生纳米级和原子级尖锐的pn结仍然明显困难。在这里，我们采用铜表面的单层-空位-岛工程来实现纳米级pn结与石墨烯单层原子尖锐的边界。石墨烯-Cu分离在Cu单层-空位-岛的边缘周围的变化影响石墨烯中的狄拉克点的位置，这因此导致石墨烯中具有高达660 meV的高度的原子尖锐的pn结。所产生的尖锐pn结将Cu单层-空位-岛上方的石墨烯隔离为连续石墨烯片中的纳米级石墨烯量子点（GQD）。无质量的狄拉克费米子被限制在pn结中一段有限的时间，在量子点中形成准束缚态。利用扫描隧道显微镜观察了不同尺寸GQD中准束缚态的共振现象，直观地观察了GQD的几何结构对准束缚态量子干涉图样的影响，为在原子尺度上测试基于石墨烯的量子电子光学奠定了基础。
2017-05-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Two-dimensional Spin-Orbit Dirac Point in Monolayer HfGeTe
二维（2D）材料中的狄拉克点一直是一个迷人的研究课题，石墨烯是最突出的例子。然而，包括石墨烯在内的现有2D材料中的狄拉克点容易受到自旋轨道耦合（SOC）的影响。在这里，基于第一性原理计算和理论分析，我们提出了一个新的家庭的稳定的二维材料，HfGeTe家族单层，这是第一个例子主机所谓的自旋轨道狄拉克点（SDP）接近费米能级。这些狄拉克点是特殊的，因为它们只形成在重要的SOC，因此，他们本质上是强大的SOC。我们表明，一对SDPs的存在是由非对称空间群对称的系统，这是非常强大的各种类型的晶格应变。应变可以有效地调节狄拉克点周围的能量、色散和谷占据。我们构造了一个低能有效的模型来描述SDPs周围的狄拉克费米子。此外，我们发现，该材料同时是一个二维$\mathbb{Z}_2$拓扑金属，它具有非平凡的$\mathbb{Z}_2$不变量的体积和自旋螺旋边缘状态的边界。从计算的剥离能和力学性能，我们表明，这些材料可以很容易地在实验中获得现有的散装材料。我们的研究结果表明，HfGeTe族单分子膜作为一个有前途的平台，探索自旋轨道狄拉克费米子和新的拓扑相在二维空间。
2017-10-12 cond-mat.mtrl-sci
Comment on the "Create Dirac Cones in Your Favorite Materials", by Chia-Hui Lin and Wei Ku (arXiv:1303.4822)
最近，Lin和Ku \cite{lin}发表了一篇论文，其中作者提出了一个非常有趣的想法，通过引入空位，取代或嵌入等杂质诱导CDW态，从而在原本不具有狄拉克点的材料中设计狄拉克点。在这篇评论中，我们想解释的狄拉克点在这样的工程结构的对称性参数的外观。
2013-03-24 cond-mat.mes-hall 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
Stability of Z$_2$ topological order in the presence of vacancy-induced impurity band
虽然拓扑绝缘体（TI）已知对非磁扰动是鲁棒的，并且表现出边缘或表面状态作为它们的独特特征，但是实验上已知空位经常出现在这些材料中并且施加强扰动。本文以Kane-Mele（KM）模型为拓扑绝缘体的原型，研究了空位对Z $_{2}$拓扑有序稳定性的影响.结果表明，尽管空位在KM模型中不被归类为拓扑缺陷，但它通常只在TI相中诱导出一对简并的中间带隙态。我们发现，这些midgap状态的结果从边缘状态，适合到空缺，其特征在于相同的Z $_{2}$拓扑顺序。此外，在许多空位的存在下，诱导出与边缘态能量简并的杂质带，并与边缘态直接混合。然而，Z $_{2}$拓扑顺序持续存在和边缘状态之间存在的杂质带和扰动体带，直到相变发生时，狄拉克锥附近的狄拉克点耗尽。我们的分析表明，同样的情况下，也适用于点空缺或线空缺的三维TI。
2014-06-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
Monolayer RhB4: half-auxeticity and almost ideal spin-orbit Dirac point semimetal
结构-性能关系是材料结构与性能之间的联系，是材料研究的核心。特别是在降维的情况下，新的结构基序往往会产生独特的物理性质.最近的工作报道了一种新的半拉胀效应在单层PdB 4与超配位结构的启发，在这里，我们广泛探索类似的二维过渡金属硼化物结构MB 4与M覆盖3d和4d元素.我们的调查筛选出一个稳定的候选人，单层RhB 4.我们发现单层RhB 4也显示出半膨胀性，即，该材料总是在一个横向的面内方向上扩展，以响应在另一个方向上施加的应变，无论应变是正的还是负的。我们表明，这种特殊的机械特性是密切相关的超配位结构与M \c{opyright} B8结构基序。此外，在电子性质方面，单层RhB 4是第一个几乎理想的二维自旋轨道Dirac点半金属的例子，其低能能带结构是干净的，在自旋轨道耦合下，一对四重简并的Dirac点位于费米能级附近.这些狄拉克点是由非对称空间群对称性，这也是由晶格结构决定的。我们的工作加深了对降维结构-性质关系的基本理解。半拉胀性和自旋轨道狄拉克点将使单层RhB 4成为纳米力学和纳米电子学应用的一个有前途的平台。
2021-12-08 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Guidelines for band gap opening in graphene superlattices with periodic π-vacancy distribution
Technische Universität Dresden（德累斯顿工业大学）；Center for Advanced System Understanding CASUS, Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf e. V.（亥姆霍兹德累斯顿-罗斯多夫中心高级系统理解中心）；Yonsei University（延世大学）
本文通过紧束缚模型研究石墨烯超晶格的周期性π空位，明确了C2、C3型空位开启带隙的对称性条件，为石墨烯超晶格带隙调控提供了对称性依据。
2026-10-12 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
Tunable spin Hall and spin Nernst effects in Dirac line-node semimetals XCuYAs (X=Zr, Hf; Y=Si, Ge)
四元砷化物XCuYAs（X=Zr，Hf; Y= Si，Ge）属于1111型四元化合物的大家族，具有从$p$型透明半导体到高温铁基超导体等优异的物理性能。本文采用密度泛函理论计算方法研究了这些化合物的电子结构拓扑、自旋霍尔效应（SHE）和自旋能斯特效应（SNE）。首先，我们发现这四种化合物都是Dirac半金属，它们具有沿布里渊区边界$A$ - $M$和$X$ - $R$的非对称的双态保护的Dirac线节点和费米能级附近的低态密度（$E_F$）。第二，在这些考虑的化合物中的一些的固有SHE和SNE被发现是大的。特别地，计算的HfCuGeAs的自旋霍尔电导率（SHC）高达-514（$\hbar$ /e）（S/cm）。室温下HfCuGeAs的自旋能斯特电导率（SNC）也很大，为-0.73（$\hbar$ /e）（A/m-K）。此外，在这些化合物中的SHC和SNC的幅度和符号都可以通过改变所施加的电场方向或自旋电流方向来操纵。这些化合物中的SHE和SNE也可以通过化学掺杂或电选通来调节费米能级来增强。最后，对能带分解和$k$分辨的自旋Berry曲率的详细分析表明，这些大的SHC和SNC以及它们显著的可调谐性很大程度上源于费米能级附近存在大量的自旋轨道耦合带隙的Dirac点以及无带隙的Dirac线节点，它们产生了大的自旋Berry曲率.因此，我们的研究结果表明，四个XCuYAs化合物不仅提供了…
2020-07-30 cond-mat.mtrl-sci
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
Negative Longitudinal Magnetoresistance in the Dirac Semimetal PtSe$_2$ -- Kondo Effect and Surface Spin Dynamics
本文通过低温高场输运和密度泛函理论，揭示 PtSe₂ 表面 Pt 空位引起的近藤效应是负纵向磁阻的来源，并确定空位浓度与样品厚度为调控参数。
2024-08-06 cond-mat.mtrl-sci
Subsurface impurities and vacancies in a three-dimensional topological insulator
利用强拓扑绝缘体（TI）的三维微观晶格模型，我们研究了表面和亚表面位置的潜在杂质和空位。对于所有的杂质位置，我们发现杂质诱导的共振态的能量成正比的杂质强度的倒数，虽然所需的低能量共振态的杂质强度增加与杂质的深度。对于深入材料15层的强杂质和空位，共振峰将出现在表面能谱中的狄拉克点处及其周围，将原始狄拉克点分裂成位于偏离中心的两个节点。此外，我们还研究了深埋在体内部的空位簇，发现了单空位和多空位的零能共振态。只有完全对称的多位空位团才显示出从体隙中排出的共振态。
2012-09-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Evidence for nitrogen gas surface doping of the Bi$_2$Se$_3$ topological insulator
本文通过扫描隧道谱和密度泛函理论计算，证明氮气暴露可使Bi₂Se₃中N原子占据Se空位，消除缺陷态并使狄拉克点向费米能级移动约50 meV。
2020-04-03 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
Direct experimental evidence of pi magnetism of a single atomic vacancy in graphene
原始的石墨烯是强抗磁性的。然而，具有单个碳原子缺陷的石墨烯可以表现出顺磁性，每个空位具有约1.5的局部磁矩1 -6。理论上，石墨烯的电子和电子都对缺陷的磁矩有贡献，并且π磁性的特征在于靠近狄拉克点的两个自旋分裂DOS（态密度）峰1，6。自预测以来，许多实验试图研究石墨烯中的π磁性，然而，在原子缺陷周围只观察到一个显著的共振峰6 -9，使π磁性在实验上如此难以捉摸。在这里，我们报告的π磁性的直接实验证据，使用扫描隧道显微镜。我们证明了原子缺陷的局域态分裂成两个能量间隔为几十meV的DOS峰，两个自旋极化态在距离单空位约1 nm处简并成一个深峰。强磁场进一步增加了两个自旋极化峰的能量分离，并导致类塞曼分裂。原子缺陷周围的有效g因子geff被测量为约40。这种g因子的巨大增强归因于电子密度的强自旋极化和原子空位附近的大的电子-电子相互作用。
2016-04-22 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
Te Vacancy-Driven Anomalous Transport in ZrTe$_5$ and HfTe$_5$
本研究通过第一性原理计算发现，Te空位引起的费米能级附近电子结构重组，至少部分导致了ZrTe$_5$和HfTe$_5$的负纵向磁阻等反常输运性质，为理解其手性反常提供了微观机制。
2024-03-21 cond-mat.mtrl-sci
Observation of surface superstructure induced by systematic vacancies in the topological Dirac semimetal Cd$_{3}$As$_{2}$
在Cd $_{3}$ As $_{2}$中发现的狄拉克半金属相受到$C_{4}$旋转对称性的保护，该旋转对称性来自其复杂晶体结构中系统Cd空位的螺旋形排列。因此，令人惊讶的是，到目前为止，还没有直接或间接的显微镜观察到这些系统性的空缺。为此，我们使用扫描隧道显微镜和\textit{ab initio}计算的组合方法重新审视Cd $_{3}$ As $_{2}$的裂解（112）表面。我们确定的确切位置的（112）平面上的Cd $_{3}$作为$_{2}$自然分裂，并详细描述了结构周期性发现在重建的表面，与预期产生的系统Cd空位。这调和的微观表面观察与晶体学和理论模型的当前状态，并表明，这种空位超结构，中央的狄拉克半金属相的保存，生存的分裂过程中，并保留在表面的顺序。
2017-03-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Vacancy Effect on the Ground-State Energy of a Bose Gas Trapped by 1D Imperfect Artificial Crystal
Posgrado en Ciencia e Ingeniería de Materiales, UNAM（材料科学与工程研究生项目，墨西哥国立自治大学）；Instituto de Física, Universidad Nacional Autónoma de México（物理研究所，墨西哥国立自治大学）
研究一维不完美人工晶体捕获的玻色气体中，空位对其基态能量等性质的影响。采用平均场近似和“离散归一化梯度流”方法求解方程，观察到基态能量变化、能隙及玻色子分布特点，还能获取化学势。
2026-10-30 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.quant-gas
Intertwined Lattice Deformation and Magnetism in Monovacancy Graphene
利用密度泛函方法研究了孤立空位在石墨烯中的局域自旋矩形成和晶格形变。我们预测两个竞争的平衡结构：一个基态的平面配置与饱和的本地时刻为1.5 $μ_B$，和一个亚稳态的非平面配置与消失的磁矩，在一个适度的能量消耗约50毫电子伏。虽然非平面性减轻了空位诱导应变的晶格，但由于最大局域缺陷态（v $σ$，v $π$），平面态在能量上是有利的。在平面配置中，从巡回（狄拉克）状态的电荷转移削弱了自旋极化的v $π$产生的分数矩，这是平行于未配对的v $σ$电子通过洪德耦合。在非平面构型中，正交对称性的缺乏允许v $σ$和局部d $π$状态之间的相互作用，以形成杂化v $σ^\prime$状态。非正交性也使洪德耦合不稳定，并且v $σ$和v $π$之间的反平行排列降低了能量。v $π$的自旋随着非平面性的增加而逐渐反转，打开了具有平衡的v $π$自旋布居的中间结构的可能性。如果在外部扰动下实现这样的结构，则稀释的空位浓度可以导致基于v $σ$的自旋1/2顺磁性。
2016-05-12 cond-mat.mtrl-sci
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
Weyl-like points from band inversions of spin-polarised surface states in NbGeSb
能带反转是稳定固体中各种新电子态的关键，从拓扑绝缘体的反转体带隙中的拓扑表面态到形成受保护的三维狄拉克和外尔点以及半金属的拓扑线。在这里，我们创建一个带反转不是体状态，而是表面状态之间的流形。我们意识到这一点的异价替代铌锆和锑的S在ZrSiS家族的非对称半金属。利用角分辨光电子能谱和密度泛函理论，我们展示了如何驱动两对表面态，已知从ZrSiS，在NbGeSb的费米能级附近彼此相交，以及发展明显的自旋轨道介导的自旋分裂。我们演示了如何镜像对称导致保护交叉点在所得的自旋轨道纠缠表面能带结构，从而稳定的表面状态类似物的三维外尔点。更一般地说，我们的观察结果表明，工程拓扑结构和安全性保护的国家通过带反转的表面状态的新机会。
2019-11-19 cond-mat.mes-hall 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
