具有旋转对称性的三维狄拉克半金属的拓扑电荷

一般而言，能带交叉点的稳定性表明存在与之关联的量子化拓扑数。特别是，最近在Na$_{3}$Bi和Cd$_{3}$As$_{2}$中发现三维狄拉克半金属表明，只要在时间反演和空间反演对称性之外补充特定的晶体对称性，四重简并的狄拉克点就可以稳定存在。然而，与Na$_{3}$Bi和Cd$_{3}$As$_{2}$相关的拓扑电荷尚未阐明。在本工作中，我们确定了三维狄拉克点的拓扑电荷。研究发现，尽管时间反演和空间反演对称性同时存在迫使净手性电荷为零，但当考虑额外的旋转对称性时，狄拉克点可以携带另一种量子化拓扑电荷。根据旋转对称性的性质，确定了两类不同的狄拉克半金属。首先，与反演对易的常规对称型旋转对称性导致I类狄拉克半金属，其在旋转轴上具有一对狄拉克点。由于每对狄拉克点的拓扑电荷符号相反，改变动量空间中狄拉克点数目需要成对产生或成对湮灭。另一方面，II类狄拉克半金属在时间反演不变动量处拥有一个孤立的单一狄拉克点，其受螺旋旋转保护。螺旋旋转的非对称型性质允许旋转与反演对称性之间的反对易关系，这使得能够规避狄拉克点数目加倍，并在布里渊区边界产生单一狄拉克点。