铋基高温超导体中隐藏的拓扑性质与多重 Dirac 锥

近期采用密度泛函理论的理论研究预测，BaBiO$_{3}$（当掺杂电子时）和 YBiO$_{3}$将成为具有大拓扑能隙（约 0.7 eV）的拓扑绝缘体 (TI)。这一点，加上其对表面氧化的天然稳定性，使得铋氧化物家族在量子信息和自旋电子学的潜在应用中具有特殊意义。我们在此研究的核心问题是：空穴掺杂的铋氧化物，即 Ba$_{1-x}$K$_{x}$BiO$_{3}$和 BaPb$_{1-x}$Bi$_{x}$O$_{3}$（它们是接近 30 K 的“高温”体超导体），在其费米能级$E_{F}$附近是否还表现出具有 Dirac 型拓扑表面态的拓扑能隙。我们的电子结构计算预测，K 掺杂家族将作为 TI 出现，且在$E_{F}$之上存在拓扑能隙。因此，这些化合物可通过空穴掺杂成为超导体，并通过额外的电子掺杂成为潜在的 TI。此外，我们预测铋氧化物家族在进一步空穴掺杂时，在$E_{F}$之下还包含一个额外的 Dirac 锥，这表明这些系统是电子掺杂和空穴掺杂拓扑绝缘体的候选者。