具有线节点与鼓面表面态的拓扑半金属

在普通三维金属中，费米面形成将填充态与空态分开的二维闭合面。另一方面，拓扑半金属可展现受保护的一维费米线或零维费米点，它们源于电子波函数的对称性与拓扑之间的复杂相互作用。在此，我们研究反射对称性、时间反演对称性、SU(2)自旋旋转对称性和空间反演对称性如何导致三维半金属中线节点的拓扑保护。我们得到了保证体中线节点稳定性的晶体不变量，并展示量子化Berry相导致具有近平色散的受保护表面态的出现。通过推导晶体不变量与Berry相之间的关系，我们建立了线节点稳定性与拓扑表面态之间的直接联系。作为具有线节点的拓扑半金属的代表性例子，我们考虑Ca$_3$P$_2$，并基于从头算DFT计算导出的低能有效理论与紧束缚模型，讨论其费米线的拓扑性质。由于体-边对应，Ca$_3$P$_2$展现出近无色散的表面态，其呈鼓面形状。这些表面态可能潜在地引发新颖的拓扑响应现象，并为表面处的奇异关联物理提供途径。