拓扑节点半金属

我们研究了“节点半金属”相，其中非简并的导带和价带在三维动量空间的点（“维尔半金属”）或线（“线节点半金属”）上相交。我们讨论了一种通过扰动正常绝缘体（NI）和拓扑绝缘体（TI）之间的临界点来描述此类态的通用方法，打破时间反演（TR）或反演对称性。我们给出了在具有破坏TR对称性的NI-TI超晶格结构中两种状态的明确模型实现。尽管在线节点的情况下，必须施加一些额外的对称性以保持这种拓扑保护，但维尔和线节点半金属都以拓扑保护的表面态为特征。对于维尔半金属，边缘态呈“费米弧”形式：这些是具有手性无能隙边缘态，在动量空间的有限区域内存在，由体维尔节点的动量空间分离决定。边缘态的手性特征导致有限的霍尔导电性。相比之下，线节点半金属的边缘态是“平带”：这些态在二维边缘布里渊区的一个子集中近似无色散，由线节点投影到边缘平面上给出。我们讨论了节点半金属的异乎寻常的传输特性，特别指出维尔半金属的直流和光学导电性的量子临界-like缩放，以及与线节点情况下石墨烯导电性的相似性。