超导Dirac半金属中的表面Bogoliubov-Dirac锥与螺旋Majorana铰链模

在特定的对称性下，三维Dirac半金属不仅可承载表面Fermi弧，亦可承载表面Dirac锥。受铁基超导体中转动对称性保护的Dirac半金属态实验观测的启发，我们研究了一具有$s_{\pm}$-波配对、$C_{4z}$-转动不变的超导Dirac半金属中潜在的内禀拓扑相。当正态仅在侧表面具有表面Fermi弧时，我们发现即便其体的一阶拓扑平庸，亦可实现一种有趣的带隙超导态，其每个侧表面具四个Bogoliubov-Dirac锥。当正态同时具有表面Fermi弧与表面Dirac锥时，我们发现可实现具螺旋Majorana铰链态的二阶时间反演不变拓扑超导体。这两类不同拓扑相的判据在动量空间中可由三个特征面作简单几何诠释。通过将体材料减薄为垂直于转动对称轴的薄膜，我们进一步发现若通过施加栅压打破反演对称，可实现二维一阶时间反演不变拓扑超导体。我们的工作揭示超导Dirac半金属中可实现多样的拓扑超导相与各类Majorana模。