具有非平凡拓扑的稳定三维狄拉克半金属分类

三维 (3D) 狄拉克半金属是石墨烯的 3D 类比，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的狄拉克点携带零陈数，狄拉克半金属仅在某些晶体对称性存在时才能保持稳定。在本工作中，我们提出了一个分类稳定 3D 狄拉克半金属的通用框架。基于对称性分析，我们表明在具有时间反演、反演和单轴旋转对称性的系统中存在各种类型的稳定 3D 狄拉克半金属。稳定 3D 狄拉克半金属分为两类。在第一类中，一对 3D 狄拉克点位于旋转轴上，远离其中心。此外，此类 3D 狄拉克半金属具有由 2D 拓扑不变量（如 $Z_{2}$ 不变量或镜像陈数）表征的非平凡拓扑性质。这些 2D 拓扑指数产生了稳定的 2D 表面狄拉克锥，当表面态与费米能级上的体态耦合时，这些锥可变形为费米弧。另一方面，第二类狄拉克半金属相在旋转轴上的时间反演不变动量 (TRIM) 处拥有一个 3D 狄拉克点，且通常不具有表面态。