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Wallpaper Dirac Fermion in a Nonsymmorphic Topological Kondo Insulator: PuB4
Journal of the American Chemical Society ( IF 14.4 ) Pub Date : 2020-10-28 , DOI: 10.1021/jacs.0c09442 Dong-Choon Ryu 1 , Junwon Kim 1 , Hongchul Choi 2 , Byung Il Min 1
Journal of the American Chemical Society ( IF 14.4 ) Pub Date : 2020-10-28 , DOI: 10.1021/jacs.0c09442 Dong-Choon Ryu 1 , Junwon Kim 1 , Hongchul Choi 2 , Byung Il Min 1
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It has been recently predicted that nonsymmorphic crystalline insulators can host two exotic topological surface states (TSSs). One is the "hourglass fermion", and the other is the "wallpaper Dirac fermion". For the former, a few real materials were predicted and already confirmed experimentally. For the latter, however, no bulk-insulating and experimentally accessible candidate has been identified yet. Here we show that the localized 5f-electrons in PuB4, the single crystal of which was recently synthesized and was found to exhibit Kondo-insulating nature, form a closed manifold over the Brillouin zone via the Kondo coherence effect at low temperature, and host hitherto unobserved wallpaper Dirac fermions at the nonsymmorphic symmetry-preserving (001) surface. The topological nature of TSSs in PuB4 can be described by topological invariants of two Z4 indices [(χx, χy) = (1, 1)] of double-glide symmetries of p4g wallpaper group; thus, PuB4 is a 3D nonsymmorphic topological insulator that exhibits the TSSs of peculiar 4-fold surface Dirac fermions as well as 2-fold double-glide spin-Hall and nodal-line-type fermions. On top of its interesting 5f-electron Kondo-insulating nature, the unique 4-fold wallpaper Dirac fermions in PuB4, which are quite distinct from previously reported nonsymmorphic Dirac insulator or hourglass TCI fermions, broaden our recognition of the embedded fermions in strongly correlated Kondo systems with nonsymmorphic symmetries.
中文翻译：
非对称拓扑近藤绝缘子中的狄拉克费米子壁纸：PuB4
最近预测，非对称结晶绝缘体可以承载两种奇异的拓扑表面态 (TSS)。一个是“沙漏费米子”，另一个是“壁纸狄拉克费米子”。对于前者，一些真实的材料被预测并已经通过实验得到证实。然而，对于后者，尚未确定大容量绝缘和实验上可访问的候选者。在这里，我们展示了 PuB4 中的局域 5f 电子，其单晶是最近合成的并被发现表现出近藤绝缘性质，在低温下通过近藤相干效应在布里渊区形成封闭的流形，并且迄今为止是宿主在非对称对称保持 (001) 表面上未观察到的壁纸狄拉克费米子。PuB4中TSS的拓扑性质可以通过p4g壁纸组双滑对称性的两个Z4指数[(χx, χy) = (1, 1)]的拓扑不变量来描述；因此，PuB4 是一种 3D 非对称拓扑绝缘体，它展示了特殊的 4 倍表面狄拉克费米子以及 2 倍双滑行自旋霍尔和节线型费米子的 TSS。除了有趣的 5f 电子近藤绝缘性质之外，PuB4 中独特的 4 重墙纸狄拉克费米子与之前报道的非对称狄拉克绝缘体或沙漏 TCI 费米子截然不同，拓宽了我们对强相关近藤中嵌入费米子的认识具有非对称对称性的系统。PuB4 是一种 3D 非对称拓扑绝缘体，具有特殊的 4 倍表面狄拉克费米子以及 2 倍双滑行自旋霍尔和节线型费米子的 TSS。除了有趣的 5f 电子近藤绝缘性质之外，PuB4 中独特的 4 重墙纸狄拉克费米子与之前报道的非对称狄拉克绝缘体或沙漏 TCI 费米子截然不同，拓宽了我们对强相关近藤中嵌入费米子的认识具有非对称对称性的系统。PuB4 是一种 3D 非对称拓扑绝缘体，具有特殊的 4 倍表面狄拉克费米子以及 2 倍双滑行自旋霍尔和节线型费米子的 TSS。除了有趣的 5f 电子近藤绝缘性质之外，PuB4 中独特的 4 重墙纸狄拉克费米子与之前报道的非对称狄拉克绝缘体或沙漏 TCI 费米子截然不同，拓宽了我们对强相关近藤中嵌入费米子的认识具有非对称对称性的系统。
更新日期：2020-10-28
中文翻译：
非对称拓扑近藤绝缘子中的狄拉克费米子壁纸：PuB4
最近预测，非对称结晶绝缘体可以承载两种奇异的拓扑表面态 (TSS)。一个是“沙漏费米子”，另一个是“壁纸狄拉克费米子”。对于前者，一些真实的材料被预测并已经通过实验得到证实。然而，对于后者，尚未确定大容量绝缘和实验上可访问的候选者。在这里，我们展示了 PuB4 中的局域 5f 电子，其单晶是最近合成的并被发现表现出近藤绝缘性质，在低温下通过近藤相干效应在布里渊区形成封闭的流形，并且迄今为止是宿主在非对称对称保持 (001) 表面上未观察到的壁纸狄拉克费米子。PuB4中TSS的拓扑性质可以通过p4g壁纸组双滑对称性的两个Z4指数[(χx, χy) = (1, 1)]的拓扑不变量来描述；因此，PuB4 是一种 3D 非对称拓扑绝缘体，它展示了特殊的 4 倍表面狄拉克费米子以及 2 倍双滑行自旋霍尔和节线型费米子的 TSS。除了有趣的 5f 电子近藤绝缘性质之外，PuB4 中独特的 4 重墙纸狄拉克费米子与之前报道的非对称狄拉克绝缘体或沙漏 TCI 费米子截然不同，拓宽了我们对强相关近藤中嵌入费米子的认识具有非对称对称性的系统。PuB4 是一种 3D 非对称拓扑绝缘体，具有特殊的 4 倍表面狄拉克费米子以及 2 倍双滑行自旋霍尔和节线型费米子的 TSS。除了有趣的 5f 电子近藤绝缘性质之外，PuB4 中独特的 4 重墙纸狄拉克费米子与之前报道的非对称狄拉克绝缘体或沙漏 TCI 费米子截然不同，拓宽了我们对强相关近藤中嵌入费米子的认识具有非对称对称性的系统。PuB4 是一种 3D 非对称拓扑绝缘体，具有特殊的 4 倍表面狄拉克费米子以及 2 倍双滑行自旋霍尔和节线型费米子的 TSS。除了有趣的 5f 电子近藤绝缘性质之外，PuB4 中独特的 4 重墙纸狄拉克费米子与之前报道的非对称狄拉克绝缘体或沙漏 TCI 费米子截然不同，拓宽了我们对强相关近藤中嵌入费米子的认识具有非对称对称性的系统。
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