三角晶格上 kagome 网络和 Dirac 半金属的自发形成

在自旋-电荷耦合系统中，底层晶格结构的几何阻挫可以产生非平凡的磁序和电子态。本文通过变分计算和模拟退火，研究了三角晶格上具有经典局域自旋的 Kondo 晶格模型中的这种可能性。我们发现，在 5/8 填充下，对于大的洪德耦合，系统表现出四子格共线亚铁磁相。在该状态下，系统自发分化为上自旋 kagome 网络和孤立的下自旋位点，我们称之为 kagome 网络形成。在 kagome 网络态中，系统成为 Dirac 半半金属：电子结构在费米能级处呈现无质量 Dirac 节点，并且由于大的洪德耦合，Dirac 电子几乎完全自旋极化。我们还研究了 kagome 网络相中离位库仑排斥的影响，在该相中系统可有效视为 kagome 晶格上的 1/3 填充无自旋费米子系统。我们发现，在平均场近似水平上，kagome 网络态中出现了 $\sqrt{3} \times \sqrt{3}$ 型电荷序，这意味着该三角晶格系统中可能存在分数电荷激发。此外，我们证明了具有完全极化 Dirac 电子的 kagome 网络形成可由外磁场控制。