具有隐藏拓扑相的 α-锑烯中的高自旋陈数绝缘体

在研究单层 α 相第 V 族元素的拓扑电子结构时，我们揭示了一种新的拓扑相，它在基于对称性的拓扑量子化学（TQC）以及对称性指标（SIs）中均不可见。由于 α 相 As 和 Sb 在高对称点上共享相同的能带表示，它们在 TQC 和 SIs 意义下均为平庸绝缘体。然而，我们证明 As 和 Sb 之间存在一个拓扑相变，涉及在高对称 $\rm{X}$-$\rm{\Gamma}$-$\rm{X}$ 线上两个 $k$ 点处的能隙闭合。在无自旋轨道耦合（SOC）时，As 是平庸绝缘体，而 Sb 是狄拉克半金属，具有四个位于高对称线之外的狄拉克点（DPs）。引入守恒 $S_z$ 的 SOC 使狄拉克点打开能隙，诱导非平庸 Berry 曲率，并将 Sb 驱动为高自旋陈数拓扑相。α-Bi 的能带结构与 Sb 的不同之处在于 Γ 处的能带反转，使 Bi 转变为 Z$_2$ 拓扑绝缘体。我们的研究表明，量子化自旋霍尔电导可作为超越 Z$_2$ 表征拓扑相的拓扑不变量。