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非磁晶体中的四个双 Weyl 费米子及其拓扑相变

建立恰好四个对称性保护双 Weyl 点的晶体约束,提出 THRLN-C₃₂ 候选材料,并揭示应变驱动的多条拓扑相变路径。

图 2|左右手性 THRLN-C₃₂ 的体能带、轨道分辨态密度、Berry 相与双 Weyl 点色散。
图 2|左右手性 THRLN-C₃₂ 的体能带、轨道分辨态密度、Berry 相与双 Weyl 点色散。 · 图源 · CC BY 4.0

四双 Weyl 点的最小问题

非磁晶体至少需要四个普通 Weyl 点,但恰好四个电荷绝对值为 2 的双 Weyl 点需要怎样的对称性、能否由真实材料实现,长期缺少完整答案。

严格的晶体对称性约束

论文对无自旋与有自旋的非磁体系进行系统分析,发现恰好四个对称性保护双 Weyl 点只允许出现在 28 个空间群中,从而显著缩小候选材料搜索空间。

THRLN-C₃₂ 材料平台

对称性筛选指向 sp²–sp³ 杂化的手性碳同素异形体 THRLN-C₃₂。第一性原理计算显示,四个受 C₄ 对称性保护的双 Weyl 点位于费米能附近,并在表面形成延展或闭环费米弧。

应变驱动的相变图景

外加应变可以把初始四双 Weyl 点相转化为两个三端 Weyl 复合体、八个普通 Weyl 点,或最终打开能隙进入普通绝缘体,为动态调控提供统一图景。

研究意义

这项工作给出非磁双 Weyl 半金属的对称性边界和候选材料,也展示了应变调控复杂拓扑节点结构的可行路径。

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