三维 Dirac 半金属

在 Dirac 半金属中，导带和价带在布里渊区 (BZ) 内仅在离散的 (Dirac) 点处接触，并在这些临界点周围沿所有方向线性色散。考虑自旋后，每个临界点附近的低能有效理论是一个四能带 Dirac 哈密顿量。在二维 (2D) 情形中，这种情况在无自旋轨道耦合的石墨烯中得以实现。预计在对称性存在的情况下，3D Dirac 点存在于拓扑绝缘体与常规绝缘体之间的相变处。在此我们表明，3D Dirac 点也可以受特定空间群中的晶体学对称性保护，并列举了识别这些群所需的判据。这揭示了 3D 类石墨烯材料的可能性。我们提供了一种识别此类材料的系统方法，并给出了亚稳态 $\beta$-方石英 BiO_2 的 ab initio 计算，该材料在 BZ 的三个对称相关的 X 点处表现出 Dirac 点。