非磁性Weyl半金属第一性原理计算研究

芦宏，潘丽，李志强，张志钢，李春月，张博

（齐齐哈尔大学 材料科学与工程学院，黑龙江省聚合物基复合材料重点实验室，黑龙江 齐齐哈尔 161006）

近年来，具有新奇特性的拓扑半金属材料成为凝聚态物理与材料科学领域的研究热点。不同于普通半金属，拓扑半金属存在受时间或者空间反演对称性保护的拓扑表面态，并且具有动量-自旋锁定的特性[1-2]。从磁性角度，拓扑半金属可以被划分为磁性拓扑半金属和非磁性拓扑半金属；从描述体系低能激发的方程角度，拓扑半金属可以被划分为Dirac半金属和Weyl半金属[1-2]。TaAs家族（TaAs、NbAs、TaP和NbP）是最早被发现的非磁性的Weyl半金属[3]。实验中，它们的角分辨光电子能谱、扫描隧道电子显微镜等谱学测量结果与第一性原理计算预期的Weyl半金属电子态的拓扑特性一致。由于非磁性Weyl半金属中独特的能带结构，这一类材料常常具备许多非同寻常的输运性质，如：不饱和的巨磁阻、高载流子迁移率、手性反常导致的负磁阻、磁诱导的金属-绝缘体相变、拓扑非平庸的Berry相位等。

理论预测一直是拓扑物态研究的先导。目前，常用的第一性原理计算软件有VASP、WIEN2k、Materials Studio等。WIEN2k是基于密度泛函理论计算固体电子结构的软件。它采用了增广平面波与局域轨道（APW+lo）相结合的方法，是目前广受认可的最准确的求解密度泛函理论Kohn-Sham方程的方案。在密度泛函中可以选择多种近似办法，如：局域密度近似（LDA）或广义梯度近似（GGA）等。WIEN2k使用包括核电子和价电子在内的全电子方案，将相对论影响也考虑在内[4]。……