烧绿石氧化物中自发反演对称性破缺导致的 Weyl 半金属

我们研究了弹性烧绿石晶格上强自旋轨道耦合电子的电子性质。类似于一维系统中的 Peierls 转变，晶格与电子自由度的耦合可稳定晶体的自发形变。该形变对应于一种呼吸模，它破缺了反演对称性。我们发现，对于交错应变的中间取值，反演对称性破缺相实现了一个拓扑 Weyl 半金属。在温度-弹性相图中，Weyl 半金属表现出再入相行为：它可从在更高和更低温度下实现的对称相到达。该对称相是一个 Dirac 半金属，由烧绿石晶格的非对称空间群所保护。超越交错应变的临界值后，对称性破缺相是一个完全带隙的平庸绝缘体。Weyl 半金属的表面态形成开放的 Fermi 弧，且我们观察到它们的连通性依赖于晶体的终止方式。特别地，对于 $\{111\}$ 薄膜，表面态在磁场中的半经典闭合电子轨道穿过体态两次、四次、六次或十二次。我们展示了如何通过施加表面势，经由 Fermi 弧的一个类 Lifshitz 转变（我们称之为 Weyl-Lifshitz 转变）来调控体态穿越的次数。我们的结果提供了在非磁性材料中获得拓扑 Weyl 半金属的途径，并可能与含重过渡金属离子（如铱酸盐合金）的烧绿石氧化物相关。