Hourglass Dirac chain metal in rhenium dioxide.
Hourglass Dirac chain metal in rhenium dioxide.
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DOI：
10.1038/s41467-017-01986-3
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发表时间：
2017-11-29
影响因子：
16.6
通讯作者：
Yang SA
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Wang SS;Liu Y;Yu ZM;Sheng XL;Yang SA
涉及分数晶格平移的非对称对称可以在晶体材料中产生奇特类型的费米子激发。本文提出了一种由非对称对称产生的拓扑相——沙漏式狄拉克链金属，并预测了其在二氧化铼中的实现。我们证明了ReO2在非对称空间群决定的体电子结构中具有沙漏型色散。由于时间反转和反演对称性，每个波段都有一个额外的两重简并，使得沙漏的颈部交叉点有四重简并。值得注意的是，在费米能级附近，颈部交叉点在动量空间中勾勒出一条狄拉克链——一条由相连的四倍简并狄拉克环组成的链。揭示了狄拉克链的对称保护、对称破缺下的变换以及相关的拓扑表面态。我们的研究结果为未知的拓扑物质打开了一扇门，并提供了一个探索其有趣物理学的平台。奇异的拓扑粒子据报道产生于特殊类型的对称保护。在这里，Wang等人预测了一种由非对称对称保护的沙漏式狄拉克链金属及其在ReO2中的可能实现。
Nonsymmorphic symmetries, which involve fractional lattice translations, can generate exotic types of fermionic excitations in crystalline materials. Here we propose a topological phase arising from nonsymmorphic symmetries—the hourglass Dirac chain metal, and predict its realization in the rhenium dioxide. We show that ReO2 features hourglass-type dispersion in the bulk electronic structure dictated by its nonsymmorphic space group. Due to time reversal and inversion symmetries, each band has an additional two-fold degeneracy, making the neck crossing-point of the hourglass four-fold degenerate. Remarkably, close to the Fermi level, the neck crossing-point traces out a Dirac chain—a chain of connected four-fold-degenerate Dirac loops—in the momentum space. The symmetry protection, the transformation under symmetry-breaking, and the associated topological surface states of the Dirac chain are revealed. Our results open the door to an unknown class of topological matters, and provide a platform to explore their intriguing physics. Exotic topological particles are reported to arise from special types of symmetry protection. Here, Wang et al. predict an hourglass Dirac chain metal protected by nonsymmorphic symmetries and its possible realization in ReO2.
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