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Strong and fragile topological Dirac semimetals with higher-order Fermi arcs.
Nature Communications ( IF 14.7 ) Pub Date : 2020-01-31 , DOI: 10.1038/s41467-020-14443-5 Benjamin J Wieder 1 , Zhijun Wang 2, 3 , Jennifer Cano 4, 5 , Xi Dai 6 , Leslie M Schoop 7 , Barry Bradlyn 8, 9 , B Andrei Bernevig 1, 10, 11
Nature Communications ( IF 14.7 ) Pub Date : 2020-01-31 , DOI: 10.1038/s41467-020-14443-5 Benjamin J Wieder 1 , Zhijun Wang 2, 3 , Jennifer Cano 4, 5 , Xi Dai 6 , Leslie M Schoop 7 , Barry Bradlyn 8, 9 , B Andrei Bernevig 1, 10, 11
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Dirac and Weyl semimetals both exhibit arc-like surface states. However, whereas the surface Fermi arcs in Weyl semimetals are topological consequences of the Weyl points themselves, the surface Fermi arcs in Dirac semimetals are not directly related to the bulk Dirac points, raising the question of whether there exists a topological bulk-boundary correspondence for Dirac semimetals. In this work, we discover that strong and fragile topological Dirac semimetals exhibit one-dimensional (1D) higher-order hinge Fermi arcs (HOFAs) as universal, direct consequences of their bulk 3D Dirac points. To predict HOFAs coexisting with topological surface states in solid-state Dirac semimetals, we introduce and layer a spinful model of an s-d-hybridized quadrupole insulator (QI). We develop a rigorous nested Jackiw-Rebbi formulation of QIs and HOFA states. Employing ab initio calculations, we demonstrate HOFAs in both the room- (α) and intermediate-temperature (α″) phases of Cd3As2, KMgBi, and rutile-structure ([Formula: see text]-) PtO2.
中文翻译:
具有高阶费米弧的强而脆弱的拓扑狄拉克半金属。
狄拉克和韦尔半金属都表现出弧状表面态。然而,虽然外尔半金属中的表面费米弧是外尔点本身的拓扑结果,但狄拉克半金属中的表面费米弧与体狄拉克点并不直接相关,这就提出了是否存在拓扑体边界对应的问题狄拉克半金属。在这项工作中,我们发现强而脆弱的拓扑狄拉克半金属表现出一维 (1D) 高阶铰链费米弧 (HOFA),作为其大量 3D 狄拉克点的普遍、直接结果。为了预测固态狄拉克半金属中与拓扑表面态共存的 HOFA,我们引入并分层了 sd 杂化四极绝缘体 (QI) 的自旋模型。我们开发了 QI 和 HOFA 状态的严格嵌套 Jackiw-Rebbi 公式。采用从头计算,我们证明了 Cd3As2、KMgBi 和金红石结构([分子式:参见文本]-)PtO2 的室温 (α) 和中温 (α") 相中的 HOFA。
更新日期:2020-01-31
中文翻译:
具有高阶费米弧的强而脆弱的拓扑狄拉克半金属。
狄拉克和韦尔半金属都表现出弧状表面态。然而,虽然外尔半金属中的表面费米弧是外尔点本身的拓扑结果,但狄拉克半金属中的表面费米弧与体狄拉克点并不直接相关,这就提出了是否存在拓扑体边界对应的问题狄拉克半金属。在这项工作中,我们发现强而脆弱的拓扑狄拉克半金属表现出一维 (1D) 高阶铰链费米弧 (HOFA),作为其大量 3D 狄拉克点的普遍、直接结果。为了预测固态狄拉克半金属中与拓扑表面态共存的 HOFA,我们引入并分层了 sd 杂化四极绝缘体 (QI) 的自旋模型。我们开发了 QI 和 HOFA 状态的严格嵌套 Jackiw-Rebbi 公式。采用从头计算,我们证明了 Cd3As2、KMgBi 和金红石结构([分子式:参见文本]-)PtO2 的室温 (α) 和中温 (α") 相中的 HOFA。