从原子半金属到拓扑非平庸绝缘体

当电子间的跃迁强度增加时，拓扑能带绝缘体和（半）金属可以从原子绝缘体中产生。此类拓扑相与原子绝缘体之间通过体带隙闭合而分隔。在本工作中，我们表明在许多（磁性）空间群中，占据特定 Wyckoff 位置和轨道的晶体在原子极限下必须是半金属或金属，即电子间的跃迁强度无限弱但不为零，因此被称为原子（半）金属。我们推导了在无自旋和有自旋系统中实现原子（半）金属的充分条件。值得注意的是，我们发现增加电子间的跃迁强度可以将原子（半）金属转变为绝缘体，同时保持晶体的对称性和电子填充不变。所诱导的绝缘体必然是拓扑非平庸的，且至少是受阻原子绝缘体，后者在拓扑量子化学网站中被标记为平庸绝缘体。特别地，以硅为例，我们表明原子（半）金属判据能够发现最近提出的填充强制受阻原子绝缘体判据所遗漏的受阻原子绝缘体。我们的工作不仅建立了一种识别和设计非平庸绝缘体的有效方法，还预测了第 IV 族元素半导体是受阻原子绝缘体的理想候选材料。