中心对称半金属 TiB$_2$ 中 Dirac nodal link 的实验观测

拓扑 nodal-line 半金属态作为各类拓扑量子相的沃土，当特定保护对称性被破坏时可实现拓扑绝缘体、Dirac 半金属或 Weyl 半金属，目前仅在极少数材料中得到实验研究。与离散节点不同，具有丰富拓扑构型的 nodal line 可导致更不寻常的输运现象。利用角分辨光电子能谱和第一性原理计算，我们在此给出中心对称半金属 TiB$_2$ 中存在 nodal-line 费米子的确凿证据，其自旋轨道耦合效应可忽略。由于能带交叉恰位于费米能下方，两组 Dirac nodal ring 在无其他能带干扰下被清晰观测到，一组在水平镜面 $\sigma_h$ 中环绕布里渊区（BZ）角，另一组在垂直镜面 $\sigma_v$ 中环绕 BZ 中心。构成 Dirac nodal ring 的线性色散带宽达 2 eV。我们进一步观察到这两组 nodal ring 沿 $\Gamma$-$K$ 方向相互连接，构成 nodal-link 构型。以 Dirac nodal link 为主要构成费米面的简单电子结构表明 TiB$_2$ 是研究与应用 nodal-line 费米子相关新颖物理性质的卓越平台。