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Dirac fermions and flat bands in the ideal kagome metal FeSn

迪拉克费米子 凝聚态物理 理想(伦理) 物理 费米子 金属 Dirac(视频压缩格式) 材料科学 理论物理学 量子力学 冶金 认识论 哲学 中微子
作者
Mingu Kang,Linda Ye,Shiang Fang,Jhih-Shih You,Abe Levitan,Minyong Han,Jorge I. Facio,Chris Jozwiak,Aaron Bostwick,Eli Rotenberg,M. K. Chan,R. McDonald,David Graf,Konstantine Kaznatcheev,E. Vescovo,David C. Bell,Efthimios Kaxiras,Jeroen van den Brink,Manuel Richter,Madhav Prasad Ghimire,J. G. Checkelsky,Riccardo Comin
出处
期刊:Nature Materials [Nature Portfolio]
卷期号:19 (2): 163-169 被引量:135
标识
DOI:10.1038/s41563-019-0531-0
摘要

A kagome lattice of 3d transition metal ions is a versatile platform for correlated topological phases hosting symmetry-protected electronic excitations and magnetic ground states. However, the paradigmatic states of the idealized two-dimensional kagome lattice—Dirac fermions and flat bands—have not been simultaneously observed. Here, we use angle-resolved photoemission spectroscopy and de Haas–van Alphen quantum oscillations to reveal coexisting surface and bulk Dirac fermions as well as flat bands in the antiferromagnetic kagome metal FeSn, which has spatially decoupled kagome planes. Our band structure calculations and matrix element simulations demonstrate that the bulk Dirac bands arise from in-plane localized Fe-3d orbitals, and evidence that the coexisting Dirac surface state realizes a rare example of fully spin-polarized two-dimensional Dirac fermions due to spin-layer locking in FeSn. The prospect to harness these prototypical excitations in a kagome lattice is a frontier of great promise at the confluence of topology, magnetism and strongly correlated physics. A prototypical kagome metal with magnetic and topological properties is identified.
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