尖晶石化合物中实现的具有金刚石结构的磁性Weyl半金属

金刚石结构材料数十年来被广泛研究，构成了大多数半导体及其现代电子器件的基础。在此，我们在金刚石晶格内发现一个 e$_g$ 轨道（$d_{z^2}$,$d_{x^2-y^2}$）模型（e$_g$-金刚石模型），其承载新颖拓扑态。具体而言，e$_g$-金刚石模型产生三维节点笼（3D-NC），其特征是受两类简并态（即 e$_g$ 轨道与金刚石子晶格简并）保护的 $d$-$d$ 能带反转。我们证明了该模型在著名尖晶石化合物（AB$_2$X$_4$）中的材料实现，其中四面体位点阳离子（A）形成金刚石子晶格。在一种 4-2 尖晶石化合物（VMg$_2$O$_4$）中发现了理想半金属，其由一个由良好隔离且半填充的 e$_g$-金刚石能带形成的金属性自旋通道伴随大自旋能隙（4.36 eV）构成，当进一步考虑自旋轨道耦合效应时，其变为磁性 Weyl 半金属。我们的发现极大丰富了金刚石结构与尖晶石化合物的物理，为其自旋电子学应用打开了大门。