静水压力诱导黑磷中的狄拉克半金属态

受近期实验观测到静水压力诱导黑磷从半导体转变为半金属 [Chen et al. in arXiv:1504.00125] 的启发，我们给出了黑磷电子结构压力效应的第一性原理计算。发现能带交叉和反转在 Z 点附近发生在临界压力 Pc1=1.23 Gpa 附近，且能带反转演化为 Z 点周围的 4 个二重简并狄拉克锥，表明其为三维狄拉克半金属。随着压力进一步增加，Gamma-Z 线上的狄拉克锥向 Gamma 点移动并演化为两个空穴型费米口袋，而 Z-M 线上的狄拉克锥向 M 点移动并演化为 2 个空穴型费米口袋，直至 P=4.0 Gpa。这清楚地表明，在 $P_{c1}$ 处发生了从半导体到受体相非点式空间对称性保护的三维狄拉克半金属的 Lifshitz 相变。这表明黑磷因其易于通过压力进行调控，在光电子和电子器件方面具有光明前景。