拓扑能带绝缘体中晶界上的自组织赝石墨烯

半金属以节点能带结构为特征，这赋予了它们奇异的电子性质。狄拉克半金属（如二维空间中的石墨烯）的稳定性要求晶格对称性的存在，而类似于拓扑能带绝缘体的表面态，三维空间中的外尔半金属则受到能带拓扑的保护。我们在此展示，在拓扑能带绝缘体的体相中，沿晶界（任何晶体材料中普遍存在的扩展晶格缺陷）可以涌现出自组织的拓扑保护半金属。除了实验上可及的电子输运测量外，这些态在二维中表现出谷反常，影响边缘自旋输运，而在三维中则表现为类石墨烯态，可能展现出奇数整数量子霍尔效应。支撑这些新型半金属的普遍机制——束缚于晶界的自旋子模式的杂化——表明，在任何晶格位错束缚局域拓扑模式的拓扑材料中，都可以涌现出拓扑半金属。