碳-磷-砷三元单层中非钉扎的狄拉克费米子

我们基于密度泛函理论计算预测了具有屈曲几何结构的、能量与动力学稳定的三元碳-磷-砷（CPAs2）单层。我们考虑三种不同的对称构型，即反演（i）、镜像（m）与旋转（r）。电子能带结构与费米能级附近的态密度（DOS）中的低能色散包含两种对比特征：（a）在高度对称的 Gamma 点附近因近自由粒子般的薛定谔费米子而产生的抛物线色散及阶跃状 DOS；（b）在高度对称的 K 点附近因 i-CPAs2 单层中的无质量狄拉克费米子而产生的线性色散及线性 DOS。DOS 中的阶跃函数是系统二维性的结果，其中近自由粒子的运动受限。然而，对（b）的仔细考察揭示三元单层具有不同特征：即对于 i、m 与 r-CPAs2 构型分别呈现（i）无质量无带隙、（ii）微有质量有带隙、以及（iii）非钉扎无质量无带隙的狄拉克费米子。因此，费米能级附近态的性质关键取决于体系的对称性。此外，我们探究了机械应变对 CPAs2 单层性质的影响。结果表明，（a）与（b）的特征色散在能量上反向移动，导致 i 与 r-CPAs2 构型在百分之几的拉伸应变下发生金属到半金属的转变。另一方面，在 m-CPAs2 构型中观察到应变诱导的金属到半导体转变，且能带隙可调。有趣的是，与石墨烯不同，狄拉克锥可从高度对称的 K（及 K'）点解钉扎，但由于 i 与 r-CPAs2 构型中的 C2 对称性，它们被限制沿第一布里渊区的边界（K-M'-K'）移动。