元素锂在压力下拓扑电子相的出现
材料科学
2019-04-26 v1
摘要
锂在常压下是典型的简单金属，在压力下却具有惊人丰富的相图，随着密度增大采取若干对称性降低、配位数低甚至具半导体特性的结构。利用第一性原理计算，我们证明元素 Li 的一些预测高压相也承载拓扑电子结构。从 80 GPa 开始并伴随向 Pbca 相的转变，我们发现 Li 为狄拉克 nodal line 半金属。我们进一步计算出 Li 在后续预测更高压力相中保留线性色散能带，并在 220 GPa 下两个 Cmca 相之间经历 Lifshitz 转变。500 GPa 下的 Fd-3m 相形成屈曲蜂窝层，导致费米能量下方 1 eV 处出现狄拉克交叉。这些相中费米能级附近孤立良好的拓扑节点源于费米能级处随密度增加的 p 轨道特征，其本身是 1s 核心波函数重叠上升以及这些压力下 favored 晶体结构对非对称对称性的偏好的结果。我们的结果表明，在压力下，含轻元素的体三维材料甚至纯元素体系可发生拓扑相变，在费米能级附近承载具有可观测后果的 nontrivial 拓扑性质；并且通过压力我们可在元素锂中触及这些新颖相。
引用
@article{arxiv.1904.01248,
title = {Emergence of topological electronic phases in elemental lithium under pressure},
author = {Stephanie A. Mack and Sinéad M. Griffin and Jeffrey B. Neaton},
journal= {arXiv preprint arXiv:1904.01248},
year = {2019}
}
备注
5 pages, 5 figures, accepted for publication