The recent experimental discovery of a Weyl semimetal in TaAs provides the first observation of a Weyl fermion in nature and demonstrates a novel type of anomalous surface state band structure, consisting of Fermi arcs. So far, work has focused on Weyl semimetals with strong spin-orbit coupling (SOC). However, Weyl semimetals with weak SOC may allow tunable spin-splitting for device applications and may exhibit a crossover to a spinless topological phase, such as a Dirac line semimetal in the case of spinless TaAs. NbP, isostructural to TaAs, may realize the first Weyl semimetal in the limit of weak SOC. Here we study the surface states of NbP by angle-resolved photoemission spectroscopy (ARPES) and we find that we $\textit{cannot}$ show Fermi arcs based on our experimental data alone. We present an $\textit{ab initio}$ calculation of the surface states of NbP and we find that the Weyl points are too close and the Fermi level is too low to show Fermi arcs either by (1) directly measuring an arc or (2) counting chiralities of edge modes on a closed path. Nonetheless, the excellent agreement between our experimental data and numerical calculations suggests that NbP is a Weyl semimetal, consistent with TaAs, and that we observe trivial surface states which evolve continuously from the topological Fermi arcs above the Fermi level. Based on these results, we propose a slightly different criterion for a Fermi arc which, unlike (1) and (2) above, does not require us to resolve Weyl points or the spin splitting of surface states. We propose that raising the Fermi level by $> 20$ meV would make it possible to observe a Fermi arc using this criterion in NbP. Our work offers insight into Weyl semimetals with weak spin-orbit coupling, as well as the crossover from the spinful topological Weyl semimetal to the spinless topological Dirac line semimetal.


翻译:在TaAs中,最近实验性地发现Weyl 半金属在TaAs中,首次观测了Weyl 的温度,并展示了一种新型的异常表面状态结构,由Fermi arcs组成。迄今为止,工作重点是具有强大的旋转轨道联动(SOC)的Weyl 半金属。然而,微弱SOC的Weyl 半金属可能允许为设备应用程序进行金枪鱼分解,并展示出一个无脊椎的表面阶段,例如,在无脊椎的TaAs中,Deyl 线的顶部半金属。NbP, 向TaAs 表面的表层结构,可能实现第一个Weyl 半金属在弱的极限。我们通过角溶解式光谱摄像仪(ARPES) 研究NbPP的表面状态,我们发现我们正值20美元(can) 可能以我们实验性数据为基础,向上方显示Fermi 的直向上方电弧。我们体内的直向上, 我们的直径直向上, 。我们从正平平层计算结果显示我们从NbPial2 水平的底水平, 直向上, 直向上, 直向上, 直向上, 直向上, 直向上, 直向上, 直向, 直向, 直向, 直向, 直向, 直向, 直向, 直向, 直向, 直向, 直向, 直向, 向, 向, 直向, 直向, 直向, 向, 直向, 直向, 直向, 向, 直向, 直向, 直向, 直向, 向, 方向 向, 向, 向, 向, 方向 向, 向, 方向 方向 方向 方向 向 方向的 向, 直向, 直向, 向, 直向, 向, 向, 向, 向, 直向, 直向, 直向, 向, 向, 向, 向, 向, 向, 向

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