基于第一性原理的拓扑半金属

我们综述了在理解和预测新型拓扑半金属方面的近期理论进展。拓扑半金属定义了一类无带隙电子相，表现出拓扑稳定的能带交叉。不同类型的拓扑半金属可基于能带交叉的简并度、其余维(例如点或线节点)，以及稳定能带交叉所依赖的晶体空间群对称性加以区分。能带交叉附近的色散是进一步的判别特征。这些性质产生了范围广泛的独特半金属相，如 Dirac 或 Weyl 半金属、点或线节点半金属，以及 I 型或 II 型半金属。在本综述中，我们给出各类拓扑半金属的一般描述，重点强调由第一性原理计算提出的材料实现。综述了研究拓扑无带隙电子相的概念框架，特别关注能带交叉的对称性要求，并阐明了不同拓扑半金属家族之间的关系。除范式性的 Dirac 和 Weyl 半金属外，我们特别关注较新的拓扑半金属例子，包括 nodal line 半金属、多折费米子半金属、三重点半金属。对其表面态性质、对外场响应的关注较少，近期实验进展亦着墨不多。