钠电负极铋基材料中的拓扑狄拉克半金属相

铋因其高体积容量近来在钠离子电池负极方面引起关注。其与 Na 反应形成 Na$_3$Bi，这是一种具有非平凡电子结构的原型狄拉克半金属。基于密度泛函理论的第一性原理计算在理解 Na$_3$Bi 与其他拓扑材料的迷人电子结构中发挥着关键作用。特别是，强约束适当归一化 (SCAN) 元广义梯度近似 (meta-GGA) 相较于广泛使用的广义梯度近似 (GGA) 方案，在捕捉多类材料的能量、结构与电子性质方面表现出显著改进。在此，我们讨论 SCAN 框架下 Na$_3$Bi 的电子结构，并表明所得的费米速度与 $\Gamma$ 点附近的 {\it s}-带偏移比相应 GGA 预测与实验更为吻合。SCAN 在 Na$_3$Bi 中产生了纯粹的自旋轨道耦合 (SOC) 驱动的狄拉克半金属态，这与早先 GGA 结果相反。我们的分析揭示了在 Na$_{3}$Bi$_{x}$Sb$_{1-x}$ 合金中，随着 SOC 强度随 Sb 含量变化，存在从狄拉克半金属到平庸能带绝缘体相的拓扑相变，并深入阐明了 SOC 在调控 Na$_3$Bi 传导性质中的作用。