三维拓扑转角电子学

我们为三维（3D）转角电子学这一新概念引入理论框架，通过发展适用于相邻层间具有恒定扭转角 $\theta$ 的 3D 层状系统的广义 Bloch 能带理论。我们的理论采用一种非对称对称性（nonsymmorphic symmetry），得以精确定义有效的面外晶体动量，并捕捉相邻扭转层间形成的面内 moiré 图案。为展示通过 3D 转角电子学可实现的新型拓扑物理，我们给出两例。在第一例手性扭转石墨中，Weyl 节点因反演对称破缺而出现，伴随 $\theta$ 调控的 I 型与 II 型 Weyl 费米子间转变，以及面内速度消失的魔角。在第二例扭转 Weyl 半金属中，晶格结构中的扭转诱导出手性规范场 $\boldsymbol{\mathcal{A}}$，其具有涡旋—反涡旋晶格构型。束缚于 $\boldsymbol{\mathcal{A}}$ 场涡核的线模式在 moiré 尺度上产生 3D Weyl 物理。我们还讨论了 3D 转角电子学可能的实验实现。