三角晶格上非狄拉克电子的拓扑态

我们证明了非狄拉克电子存在拓扑态的可能性。具体而言，由于 $C_{\rm 3}$ 晶体对称性和时间反演对称性，容纳在三角晶格上的 $p_x$ 和 $p_y$ 轨道在费米能级的 $\Gamma$ 点表现出二次能带接触。当考虑原子自旋轨道耦合（SOC）时，会打开一个能隙，从而产生量子自旋霍尔效应态。正如 $k\cdot p$ 模型所明确揭示的那样，该拓扑性与伪自旋纹理中具有涡度二的 meron 结构相关，这是一种不同于蜂窝状晶格和能带反转的机制。该方案的一种可能实现方式是在 Si[111] 表面适应性地覆盖 1/3 单层的 Bi 原子。我们进行了第一性原理计算，观察到约 0.15 eV 的全局能隙。由于 Si 衬底参与了非平凡拓扑的实现，该模板有望使拓扑态集成到现有的电子学和光子学技术中成为可能。