npj：中科院物理所王志俊特聘研究员发现—对称性保证外尔声子学术资讯

来源：知社学术圈

在时间反演对称的电子系统中，在手征空间群对称下，时间反演不变的k点的任一Kramers pair都是一个外尔点。但是，对于玻色体系中，有没有这种对称性保护的外尔点存在呢？如果有，它将极大地方便人们寻找玻色系统中的二度简并准粒子。

最近，中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心王志俊特聘研究员与华中科技大学物理学院傅华华教授合作，在对玻色系统中230个空间群做了系统的分析之后，完整地给出了可以出现二度简并准粒子的空间群号和对应的高对称k点。这些二度简并点都被相关的对称性钉扎在固定的k点 (对称性保护的外尔点)。这将为人们在玻色系统（或者自旋轨道耦合可以忽略的电子体系）中寻找各种外尔点提供有力的支撑和引导。
通过对称性操作和不可约表示的进一步分析之后，作者发现在表一中的某些k点，只存在表中所列的二度简并表示。即这些k点的外尔点的存在是由对称性保证的（对称性保证的外尔点），与电子系统的时间反演对称保证的Kramers外尔点形成完美对应。不同的是，后者在电子系统中通常需要比较大的自旋轨道耦合才能很好地显露出来，而这里提出的外尔点完全受晶体对称性保护，在玻色系统中可以很容易“暴露”出来，从而导致非常大的、清晰的表面弧。随后作者计算了对应材料的声子谱，验证了理论分析的结论。例如，在空间群号为199的K2Sn2O3材料声子谱中，很容易地在P点发现Weyl点。值得一提的是，在具体考虑第39和第40两个声子谱之间的拓扑简并点时，由于两个P点的外尔点具有相同的Chern数(C=-1)，这就需要有其他的拓扑简并点的存在，于是在H点发现了一个三重的自旋1的简并点(C=+2)，在其(110)表面声子谱中，表面弧被清晰地显示出来（图1）。

图1 : (a-d) 是K2Sn2O3的表面色散谱和表面声子的等频率谱，(e)为第一布里渊区图，(f)为K2Sn2O3的声子谱。
作者的工作得到国家自然科学基金委、中组部专项人才计划和中科院战略性先导科技专项(B类)支持。
这项工作近期发表在npj Computational Materials 6: 95 (2020)上，英文标题与摘要如下，点击左下角“阅读原文”可以自由获取论文PDF。

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