塞曼磁场下狄拉克半金属 Cd$_3$As$_2$ 的第一性原理理论

时间反演破缺的 Weyl 半金属近来备受关注，但其某些行为特征，包括费米面拓扑及其反常霍尔电导随费米能级位置的变化，仍未被充分探索。获得此类材料的一个可行途径是从非磁性狄拉克半金属出发，通过磁性掺杂或磁邻近效应打破时间反演对称性。本文以狄拉克半金属 Cd$_{3}$As$_{2}$ 为例探讨该情形，基于第一性原理密度泛函计算以及随后在沿对称轴施加的塞曼场下对 Cd$_{3}$As$_{2}$ 的低能建模。我们阐明了每个四重简并的狄拉克节点如何分裂为四个 Weyl 节点，其中两个手性为 $\pm 1$，另两个为高阶节点，手性为 $\pm 2$。利用参数由第一性原理计算拟合的最小 \kdotp 模型哈密顿量，我们详述了在固定塞曼场下扫描费米能量穿越 Weyl 节点区域时费米面及其陈数的演化。我们还计算了内禀反常霍尔电导随费米能级位置的函数，发现了特征性的反穹顶结构。Cd$_{3}$As$_{2}$ 因其高迁移率尤其适合此类研究，但此处揭示的定性行为也应适用于其他狄拉克半金属。