具有费米速度各向异性的拓扑狄拉克半金属中的宽带强光学二向色性

典型的三维(3D)拓扑狄拉克半金属(DSMs),如 Cd$_3$As$_2$ 和 Na$_3$Bi,其电子遵循线性动量-能量色散关系,且在三个正交动量维度上具有不同的费米速度。尽管近年来被广泛研究,在 3D DSMs 的理论与数值研究中,其固有的\emph{费米速度各向异性}常被忽视。虽然这一忽略不会定性改变 3D DSMs 中光驱动无质量准粒子的物理,但它确实\emph{定量}改变了光学系数,从而在纳米光子学与等离激元学应用方面导致非平凡的影响。本文研究了 3D DSMs 在沿各方向一般费米速度值下的线性光学响应。尽管 3D 狄拉克费米子标志性的电导-频率标度关系 $\sigma(\omega) \propto \omega$ 不受费米速度各向异性影响,但线性光学响应表现出强线性二向色性,这由\emph{普适}消光比标度律 $\Lambda_{ij} = (v_i/v_j)^2$(其中 $i\neq j$ 表示三个空间坐标 $x,y,z$,$v_i$ 为 $i$ 方向费米速度)所刻画,该标度律与频率、温度、掺杂及载流子散射寿命无关。对于 Cd$_3$As$_2$ 和 Na$_3$Bi$_3$,揭示了大于 15 且覆盖宽太赫兹窗口的异常强消光比。我们的发现揭示了费米速度各向异性在狄拉克半金属光学响应中的作用,并开启了如光探测与光调制等新型偏振敏感功能。