低对称性Weyl表面上的拓扑费米弧干涉现象

《Nature Communications》：Topological Fermi arc interference on low-symmetry Weyl surfaces

　　

摘要

拓扑材料的特点在于体相拓扑结构与边界态之间的对应关系，但在低对称性表面上，这种对应关系会变得复杂，因为体相和表面的周期性可能在传统的第一布里渊区投影中并不一致。在这里，我们研究了Weyl半金属NdAlSi的(103)表面，并在边界谱中发现了费米弧干涉现象。角分辨光电子能谱显示出了类似环状的费米弧连接结构以及特有的重复模式，而这些在高对称性表面上是观察不到的。更为关键的是，由于相位发生偏移的体相区域投影所产生的费米弧相互重叠并发生杂化，从而重构了拓扑表面态，形成了低对称性表面所特有的连接模式。我们发现，这类现象源于不完整的体相投影以及由最小公倍数框架所调控的多单元干涉作用。基于最小公倍数的密度泛函理论及格林函数计算结果，能够再现这些重构后的周期性结构以及谱中的主要重复模式，从而为判断物质的共格性提供了普适性的指导原则。这些研究结果解决了低对称性表面上体相与边界态对应关系方面的矛盾，并为建模和解释复杂表面上的边界谱提供了可行的方法。