拓扑节线半金属

我们研究了一类“节线半金属”相，其中非简并的导带和价带在三维动量空间中的点（“外尔半金属”）或线（“线节半金属”）处接触。我们讨论了一种通过微扰正常绝缘体（NI）与拓扑绝缘体（TI）之间的临界点来实现此类态的一般方法，该方法需打破时间反演（TR）或反演对称性。我们给出了在具有破缺TR对称性的NI-TI超晶格结构中，这两种态的一个显式模型实现。外尔半金属和线节半金属均以受拓扑保护的表面态为特征，尽管在线节情形下，必须施加某些额外的对称性才能保持这种拓扑保护。在外尔半金属情形下，边缘态具有“费米弧”的形式：这些是无能隙的手性边缘态，存在于动量空间中的一个有限区域内，该区域由体相外尔节在动量空间中的分离程度决定。边缘态的手性特征导致了有限的霍尔电导。相比之下，线节半金属的边缘态是“平带”：这些态在二维边缘布里渊区的一个子集内近似无色散，该子集由线节在边缘平面上的投影给出。我们讨论了节线半金属的非常规输运性质，并特别指出了外尔半金属的直流电导率和光电导率的量子临界标度行为，以及线节情形下与石墨烯电导率的相似性。