硅的拓扑电子性质

材料在人类历史中的核心作用可由史前时代划分为石器时代、青铜时代和铁器时代的三分法来例证。将我们当前的时代称为信息时代或硅时代，体现了这种半导体材料在计算机和渗透我们日常生活的设备发展中所起的重要作用。本文我们展示了硅中的电子态具有非平庸的拓扑结构，这些结构由布里渊区高对称点处链接的 Berry 通量线网络所捕获。这一复杂网络具有满足冰规则的冰节点，使硅成为一种“节链绝缘体”。固定平行于此类通量线的纵向动量，可得到横向自由度的二维 Dirac 哈密顿量。这一复杂的 Berry 通量网络意味着在所有硅能带中沿 X-W 方向存在拓扑稳定的二重简并，这一事实得到了晶体对称性论证以及对大量硅能带结构文献的直接检验的支持。与节链半金属类似，我们在由体 Berry 通量网络在表面布里渊区上的投影所界定的区域中发现了鼓面状态。