基于拓扑量子化学的自旋-动量锁定：在多折费米子中的应用

在自旋轨道耦合晶体中，对称性可保护具有大陈数和布里渊区跨越拓扑表面态的多折简并。本工作中，我们探究手性多折费米子的非平凡拓扑在多大程度上影响体态的自旋纹理。为此，我们根据约化密度矩阵给出自旋-动量锁定的定义。利用拓扑量子化学理论中的工具，我们展示了如何由构成多折费米子的基轨道与能带表示的知识确定约化密度矩阵。我们展示了在位自旋轨道耦合、晶体场劈裂与 Wyckoff 位置多重性如何竞争以决定手性费米子附近态的自旋纹理。我们计算了空间群 $P432$（207）与 $P2_13$（198）中若干代表性例子里多折费米子的自旋纹理。我们展示费米面周围自旋的卷绕数可取许多不同的整数值，从零直至 $\pm 7$。最后，我们以空间群 $P2_13$ 中 PtGa 为例展示如何将我们的理论应用于真实材料。