Ca_3PbO 的低能有效哈密顿量与表面态

本文详细研究了 Ca_3PbO 的能带结构，该材料在费米能级处拥有三维大质量 Dirac 电子。对第一性原理计算所得能带上的轨道权重分布的分析表明，穿越费米能级的能带源于三个 Pb-p 轨道和三个 Ca-dx2y2 轨道。以这些 Pb-p 和 Ca-dx2y2 轨道作为基波函数，构建了紧束缚模型。通过适当选择跃迁积分和自旋轨道耦合强度，所构建的模型成功捕捉到了第一性原理计算中费米能级附近能带结构的重要特征。通过应用适当的基变换并将矩阵元按相对于 Dirac 点的动量展开，显式推导了该模型的低能有效哈密顿量，并证明其为 Dirac 哈密顿量。文中还讨论了质量项的起源。结果表明，自旋轨道耦合以及除 Pb-p 和 Ca-dx2y2 以外的轨道在使质量项有限方面起着重要作用。最后，利用构建的紧束缚模型研究了 Ca_3PbO 几种类型表面的表面能带结构。我们发现出现了无法解释为体能带在表面布里渊区投影的非平凡表面态。文中还讨论了其与拓扑绝缘体的关系。