Emergent topological phases and coexistence of gapless and spectral-localized Floquet quantum spin Hall states via electron-phonon interaction
本研究探究受周期驱动的BHZ量子自旋霍尔绝缘体中电子-声子相互作用的作用，发现其可诱导涌现FQSH相及无隙体相与拓扑局域模共存的现象，采用谱局域化器与实空间陈标记表征该拓扑相，结果可在光学装置中验证。
2025-04-23 cond-mat.mes-hall
A topological look at the quantum spin Hall state
在不考虑对称性的情况下，我们提出了一种量子自旋霍尔态的拓扑理解，从规范不变性出发，可以得出能隙或自旋谱隙需要在系统边缘闭合，前一种情况通常会导致反向传播的无隙边缘态.基于Kane-Mele模型，在样品边界附近具有均匀交换场和子晶格交错限制势，我们证明了这种无隙边缘态的存在及其在杂质存在下的鲁棒性质。这些无间隙边缘状态仅由带拓扑保护，而不是任何对称性。
2012-01-09 cond-mat.mes-hall
Chirality-Protected Majorana Zero Modes at the Gapless Edge of Abelian Quantum Hall States
我们证明了$ν=8$整数量子霍尔态在其两个不同的稳定手征边缘相之间的畴壁处可以支持Majorana零模，但不具有超导电性。这是由于存在一个边缘阶段，不支持无带隙的费米激发;所有的无带隙激发玻色子在这个边缘阶段。马约拉纳费米子零模发生在这个边缘相位和更传统的支持无带隙费米子之间的畴壁。值得注意的是，由于系统的手征性，这些零模式的拓扑简并具有指数保护，作为相关长度尺度的函数，尽管存在无隙激发，包括无隙费米子。这些结果是兼容的电荷守恒，但不需要it. We讨论的推广到其他整数和分数量子霍尔态，并分类可能的机制出现的马约拉纳零模式在域壁。
2015-12-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Gapless layered three-dimensional fractional quantum Hall states
利用部分子结构，我们构建了一个三维（3D）多层分数量子霍尔态，每层平均填充ν= 1/3，这与弱耦合Laughlin态的堆叠在性质上是不同的。该状态支持带隙电荷e/3的费米子准粒子，它们可以在层内和层间传播，而多层劳克林态中的准粒子则被限制在每层内。此外，该状态具有无隙中性集体模式，这是一个新兴的“光子”的表现，它是最低限度地耦合到费米子准粒子。多层状态的表面鞘类似于Halperin-Lee-Read状态的手性类似物，其通过体3D相的拓扑特征而免受间隙形成不稳定性的影响。我们建议，这种状态可能存在于多层系统中的“中间隧穿制度”，其中层间隧穿强度是在同一数量级的库仑能量标度。我们还发现，在中间隧穿区中，部分子的结构导致了双层体系ν= 1/3的候选态.候选态既不同于双层的ν=1/3劳克林态，也不同于单层的ν= 2/3态，但仍然是一个完全带隙的分数量子霍尔态，带有电荷e/3的任意子准粒子。
2009-06-17 cond-mat.mes-hall
Quarter-quantized thermal Hall effect with parity anomaly
研究磁性拓扑表面态在 s 波超导邻近效应下形成的单一无带隙 Majorana 锥，揭示退相导致的四分之一量子化热霍尔电导及其手性热通道机制。
2024-10-29 cond-mat.mes-hall
Half-Quantized Hall Effect at the Parity-Invariant Fermi Surface
本文在磁性掺杂拓扑绝缘体异质结中发现单个无能隙狄拉克锥，其霍尔电导以 e²/h 为单位呈半整数量子化，并解释了近期实验中二分之一霍尔电导的起源，展示了二分之一拓扑不变量的凝聚态实现。
2022-09-07 cond-mat.mes-hall
Non-Linear hydrodynamics and Fractionally Quantized Solitons at Fractional Quantum Hall Edge
我们认为，无隙分数量子霍尔边缘态的动力学本质上是非线性的，它的特点是分数量子孤子沿边缘传播。孤子的观测将是分数电荷的直接证据。我们证明了Laughlin的量子态的非线性动力学是由量子Benjamin-Ono方程。无带隙边缘态的非线性动力学是由BohOH液体中的带隙模决定的。边缘模的色散可追溯到双边界层。
2012-01-14 cond-mat.mes-hall
On the half-quantized Hall conductance of massive surface electrons in magnetic topological insulator films
本文通过研究磁性拓扑绝缘体薄膜的晶格模型，揭示了有隙表面能带具有整数量子化霍尔电导、无隙表面能带具有半量子化霍尔电导，并证明单独的有隙表面能带不支持半量子化表面霍尔效应。
2023-04-09 cond-mat.mes-hall
Edge states, mass and spin gaps, and quantum Hall effect in graphene
最近的实验和狄拉克准粒子的传播子的间隙方程的理论分析的启发下，我们假设，最近观察到的去除在一个强磁场中的石墨烯的子晶格和自旋简并的物理基础是连接与狄拉克质量和自旋间隙的产生。这样的情况下的锯齿形和扶手椅边界条件的无带隙边缘状态的存在的后果进行了讨论。在具有锯齿形边缘的半平面上的石墨烯的情况下，只有当自旋能隙超过质量能隙时，光谱中才有无能隙边缘态。然而，在扶手椅边缘的情况下，无隙边缘态的存在取决于特定类型的质量间隙。
2008-06-12 cond-mat.mes-hall
Index theorems, generalized Hall currents and topology for gapless defect fermions
本文利用欧几里得作用量中的费米子算符指标揭示拓扑材料缺陷上的无间隙模式，通过单圈费曼图类比量子霍尔电流，阐明动量与坐标空间拓扑的相互作用，并给出多个实例。
2023-05-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el hep-lat
Quantum Anomalous Hall Effect in Magnetic Doped Topological Insulators and Ferromagnetic Spin-Gapless Semiconductors -- A Perspective Review
量子反常霍尔效应是电子学/自旋电子学输运应用中的无耗散手征边缘态的标志，可以在具有大自旋轨道耦合和强内禀磁化的材料中实现。在Halfman开创性的提议之后，已经提出了几种模型来控制/增强自旋轨道耦合和内禀磁交换相互作用。本文在简要介绍了无脊椎费米子的Halfton模型之后，重点讨论了以下三种基本的量子反常Hall模型：（i）磁掺杂拓扑绝缘体（Bi，Sb）2 Te 3薄膜的低能有效四带模型，（ii）磁性吸附原子的石墨烯的四带紧束缚模型，和（iii）具有蜂窝（kagome）晶格的铁磁自旋无隙半导体的两（三）带自旋紧束缚模型，其中基态是本征铁磁的。这些模型涵盖了二维Dirac材料中的无自旋、有自旋和自旋简并的Dirac点，其中各种质量项打开带隙并导致量子反常霍尔效应。重点讨论了铁磁交换作用驱动的拓扑相变及其与自旋轨道耦合的相互作用，讨论了对质量项性质的各种对称性约束以及这些模型的具体化。我们希望这项研究将有助于阐明量子反常霍尔材料的基本理论观点。
2020-12-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Topology of three-dimensional Dirac semimetals and generalized quantum spin Hall systems without gapless edge modes
通常，量子自旋霍尔态被期望具有无带隙的螺旋边缘模式。有没有干净的，非相互作用的，量子自旋霍尔态没有带隙，边缘模式？我们显示了通用的，$n$折叠对称，动量平面的三维，稳定的狄拉克半金属，这是正交的方向的节点分离是这样的广义量子自旋霍尔系统的例子。我们证明了两个狄拉克点之间的平面和著名的Bernevig-Zhang-Hughes模型支持相同的量子化的，非阿贝尔的Berry通量的大小$2 π$。因此，这两个系统都表现出响应电磁，$π$磁通涡旋的自旋-电荷分离。狄拉克点被确定为单位强度，单极$SO(5)$ Berry连接，描述拓扑量子相变之间的广义，量子自旋霍尔和平凡绝缘体。我们的工作确定了Dirac半金属的精确体不变量和量子化响应，并表明许多二维高阶拓扑绝缘体可以被理解为广义量子自旋Hall系统，具有带隙边缘态。
2022-06-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Conformal field theory approach to gapless 1D fermion systems and application to the edge excitations of nu = 1/(2p+1) quantum Hall sequences
我们提出了一个全面的研究有效的共形场论（CFT）描述的低能量激发的气体无自旋相互作用费米子在一个圆上的无隙制度（Luttinger液体）。函数技术和模块化的转换属性被用来计算所有的关联函数在有限的大小和在有限的温度。前向散射无序被精确地处理。在此框架内，电荷输运的量子霍尔流体的圆柱上的Laughlin实验进行了审查。边缘激发以上一个给定的体激发描述的扭曲版本的Luttinger有效理论。对应于nu =1/（2 p +1）填充分数的Luttinger CFTs似乎是有理CFTs（RCFT）。生成器的扩展对称代数被确定为边缘费米子的创造者和零化子，从而给出了一个物理意义的RCFT的角度来看，这些序列的边缘激发。
1997-11-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Quantum spin Hall effect induced by electric field in silicene
研究了锯齿形硅烯纳米管在外加电场作用下的输运性质。由于硅烯的屈曲结构，外加电场可以诱导出交错的亚晶格势和两种Rashba自旋轨道耦合。通过适当调节两种Rashba自旋轨道耦合，利用交错势打开了体能隙，在能隙中出现了无带隙的边缘态。此外，无带隙边缘态是自旋过滤的，并且对非磁性无序不敏感。这些结果证明了硅烯在外加电场作用下可以产生量子自旋霍尔效应，这对未来自旋电子学器件的应用具有一定的实际意义。
2012-12-19 cond-mat.mes-hall
Gapless Andreev bound states in the quantum spin Hall insulator HgTe
近年来，由于奇异的新现象及其容错拓扑量子计算的前景，Majorana物理在理论和实验研究中都引起了相当大的关注。为此，人们需要在拓扑绝缘体中设计超导性和电子性质之间的相互作用，但实验工作仍然很少且不明确。在这里，我们报告的实验证据拓扑超导诱导碲化汞量子阱，二维拓扑绝缘体，表现出量子自旋霍尔效应。交流约瑟夫森效应表明，超导电流具有$4π$ -周期性与超导相位差表示的电压阶跃的两倍多夏皮罗步骤。此外，一个异常的SQUID一样的响应垂直磁场表明，这种$4π$周期性的超导起源于位于交界处的边缘上的状态。这两个功能出现最强时，样品被门控对量子自旋霍尔制度，从而提供了证据，诱导拓扑超导量子自旋霍尔边缘状态。
2016-01-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Anomalous Edge Transport in the Quantum Anomalous Hall State
通过第一性原理计算，我们预测了Cr掺杂（Bi，Sb）$_2$ Te $_3$磁性拓扑绝缘体薄膜具有与手征边缘态共存的无带隙非手征边缘态.这种无间隙的非手性态不能免疫于背散射，这将解释在该系统中实验观察到的量子反常霍尔（QAH）态中的耗散输运。本文利用Landau-Büttiker方法研究了手征态和非手征态的边缘输运，发现纵向电阻不为零，而霍尔电阻量子化为$h/e^2$ .特别是，纵向电阻可以大大减少增加一个额外的浮动探针，即使它不使用，而霍尔电阻保持在量化值。我们提出了几个传输实验来检测耗散的非手征边缘通道。这些结果将有助于实现QAH态在磁性拓扑绝缘体中的纯无耗散输运。
2013-06-07 cond-mat.mes-hall
Collective modes of CP(3) Skyrmion crystals in quantum Hall ferromagnets
双层量子霍尔系统中的二维电子气即使在层间没有隧穿的情况下，也可以在填充因子nu=1时维持层间相干性。该系统具有低能带电激发，可能携带实自旋或赝自旋织构。远离填充因子nu =1，这些的有限密度存在于2DEG的基态中并形成晶体。取决于各种能量尺度的相对大小，例如隧穿（Delta_SAS）、塞曼耦合（Delta_Z）或电偏压（Delta_b），这些织构晶体状态可以涉及自旋、赝自旋或两者交织。在这篇文章中，我们提出了一个全面的数值研究的集体激发这些织构晶体使用GRPA。对于纯自旋情形，在有限塞曼耦合下，态是具有无隙声子模的Skyrmion晶体，以及由U（1）对称性破缺产生的单独的Goldstone模。在零塞曼耦合下，我们证明了组分Skyrmion分裂，产生的状态是一个具有4个无隙模式的meron晶体。相比之下，在有限隧穿的纯赝自旋Skyrme晶体只有声子模式。当Delta_SAS=0时，态演化为meron晶体，并且除了声子之外还支持额外的无隙U（1）模。对于CP（3）Skyrmion晶体，我们发现在有破缺场的情况下存在U（1）无隙模。此外，在光谱中存在具有非常小的间隙的第二模式。
2007-07-31 cond-mat.mes-hall
Continuous transition and gapless roton inside fractional quantum anomalous Hall states
本研究通过数值方法在拓扑平带模型中实现了分数量子反常霍尔态内部的连续相变，发现临界点存在无隙旋子，证实该相变属伊辛普适类，对相关量子系统实验有指导意义。
2025-11-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Quantum Spin Hall Effect with Extended Topologically Protected Features in Altermangetic Multilayers
研究利用交变磁性突破传统约束，在交变磁性多层膜中实现具有多对无能隙螺旋边缘态的量子自旋霍尔相，并通过第一性原理计算验证Fe$_2$Se$_2$O多层膜材料，为设计拓扑相提供新蓝图。
2025-08-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Goldstone mode kink-solitons in double layer quantum Hall systems
结果表明，在电荷不平衡的零隧穿双层量子霍尔系统中，赝自旋Goldstone模激发在弱非线性极限下形成运动扭结孤子。这种电荷密度局域化以无隙线性自旋波模式的速度移动，并且可以很容易地在实验中观察到。我们认为Goldstone模扭结孤子定义了双层量子霍尔系统中的无扩散电荷输运性质。
2002-11-15 cond-mat.mes-hall
Non-Equilibrium Edge Channel Spectroscopy in the Integer Quantum Hall Regime
在介观体系中，热输运具有揭示新物理的巨大潜力。一个引人注目的例子是整数量子霍尔机制，其中霍尔电流的鲁棒性限制了从电荷传输获得的信息。因此，对无间隙边缘激励的理解并不完全。有效边缘态理论将它们描述为一维手征费米子的原型--这是一个简单的图景，可以解释大量的观测结果，并要求在分束器的作用下进行量子点接触的量子信息实验。然而，这是在表面上的分歧与流行的理论框架，预测，在大多数情况下，额外的无间隙边缘模式。在这里，我们提出了一个设置，它提供了访问的能量分布，并因此到能量流，在边缘通道带出平衡。这提供了一个严格的测试是否额外的状态捕获部分注入的能量。我们的研究结果表明，这是不是这样的情况下，从而证明关于能量传输，量子点接触和分束器的量子光学类比。除了量子霍尔制度，这种新的光谱技术打开了一个新的窗口，热传输和平衡实验。
2009-10-14 cond-mat.mes-hall
Non-conventional topological band properties and gapless helical edge states in elastic phononic waveguides with Kekulé distortion
本文研究了具有三项Kekulé畸变的连续弹性声子结构的拓扑行为。弹性波导由一个六边形的单元格组成，其几何尺寸根据广义凯库莱计划有意扰动。由此产生的结构表现出类似于量子自旋霍尔系统的有效哈密顿量，因此表明波导可以支持螺旋拓扑边缘态。利用第一性原理计算，我们证明了非简并赝自旋态的存在，以及一种非常特殊的六瓣赝自旋织构和Berry曲率模式.重要的见解也提供了关于拓扑状态的凯库勒晶格，迄今为止被认为是不可区分的，以及他们的关键作用，使独特的无隙边缘状态，通常无法实现的声子系统。
2019-12-06 cond-mat.mes-hall
Quantized heat flow in graphene quantum Hall phases: Probing the topological order
本文回顾了利用石墨烯范德瓦尔斯异质结构中的量子化热流探测整数和分数量子霍尔态拓扑序的研究进展。
2024-07-08 cond-mat.mes-hall
Emergence of massless Dirac fermions in graphene's Hofstadter butterfly at switches of the quantum Hall phase connectivity
由六方晶体衬底上的石墨烯的莫尔超晶格诱导的磁性迷你带（霍夫斯塔德蝴蝶）的分形谱已知表现出带隙的狄拉克锥。我们发现，间隙可以通过稍微错位的基板，产生一个层次的锥形奇点（狄拉克点）的能带结构在合理的值Phi =（p/q）（h/e）的磁通量每个超晶胞。每个狄拉克点都表示量子霍尔相图连通分量中拓扑量子数的转换。模型计算揭示了尺度不变的电导率σ = 2qe^2 / pi h，以及在这些连通性开关处与无质量狄拉克费米子相关的克莱因隧穿。
2014-01-17 cond-mat.mes-hall
Topological phase transitions, invariants and enriched bulk-edge correspondences in fermionic gapless systems with extended Fermi surface
拓扑相和拓扑相变（TPT）是自然界中最奇异的现象之一。在这里，我们表明，注入电流可能会导致新的拓扑相，特别是新的无间隙拓扑金属相与扩展费米面（FS）通过新的类TPT在体或边界。具体地，我们研究了在各种形式的注入电流下，正方形晶格中的量子反常霍尔（QAH）系统。除了以前已知的陈氏绝缘体（这里称之为偶陈氏绝缘体）、能带绝缘体和能带金属（BM）外，我们发现了三种新的拓扑相，分别命名为：带隙奇陈氏绝缘体（Odd CI）、无隙奇陈氏金属（Odd CM）和偶陈氏金属（Even CM）。陈数可能不再有效地表征具有扩展FS的拓扑无隙相位。在这种无带隙系统中，霍尔电导是新的拓扑不变量。其跳跃分别是跨越偶数CM/BM或奇数CM/BM TPT的通用整数或非整数，其中在纵向（L-）边缘模式中也存在对应的TPT。奇/偶CM到BM跃迁是一类新型的TPT，其基态能量密度没有任何非解析性。这给出了不是量子相变（QPT）的TPT的第一示例。原始的体积-边缘对应被丰富为体积/纵向（L-）/横向（T-）边缘对应。L边缘重构可以分别在具有边缘动态指数$ z_L=3 $的偶CI/奇CI/奇CM序列中、在具有$ z_L=2 $的偶CI/偶CM/奇CM序列中或在具有平坦边缘的直接偶CI/奇CM中与体TPT更早、更晚或同时发生。T-edge的消失总是与体TPT同时发生，具有普遍的边缘临界行为。
2023-03-12 cond-mat.mes-hall
A General Theorem Relating the Bulk Topological Number to Edge States in Two-dimensional Insulators
本文证明了二维绝缘体中体拓扑量子数与边缘态之间关系的一个一般定理。它表明，只要有一个拓扑秩序的散装，其特征在于由一个非零的陈数，即使它是定义为一个非保守量，如自旋的情况下的自旋霍尔效应，人们总是可以推断出存在的无间隙的边缘状态下的某些扭曲的边界条件，允许边缘之间的隧道。这种关系对于无序和相互作用是鲁棒的，并且它提供了量子（电荷）霍尔效应和量子自旋霍尔效应的统一拓扑分类。此外，它调和了明显的冲突之间的整体拓扑秩序的稳定性和开放边界系统中的无间隙边缘状态的不稳定性（如已知的自旋霍尔情况下发生）。在本框架下，进一步研究了体拓扑序和边态动力学的时间反演不变性的后果。
2006-04-05 cond-mat.mes-hall
Bilayers and quasi-3D stacks of Jain series fractional quantum Hall states from parton construction
我们提出了一个描述的双层和准三维堆叠的Jain系列分数量子霍尔态使用其部分子描述，并认为他们作为候选状态时，层间库仑相互作用是可比的层内库仑相互作用。对于双层，K-矩阵理论，提出并示出是不同的去耦或键合层。准3D系统具有无隙规范激发和有隙部分子，它们可以在3D中移动，从而为三维量子霍尔态提供了一个玩具模型。
2020-11-17 cond-mat.mes-hall
Emergence of giant orbital Hall and tunable spin Hall effects in centrosymmetric TMDs
本研究通过理论计算发现1T相非磁性TMDs存在巨本征轨道霍尔效应，其自旋-轨道耦合可诱导可观自旋霍尔效应，且磁场能将自旋霍尔效应强度翻倍，为自旋轨道量子器件及相关基础研究提供了候选材料。
2024-05-20 cond-mat.mes-hall
Gapless Spin Wave Transport through a Quantum Canted-Antiferromagnet
在二维电子系统的朗道能级或当存在平带时，例如在扭曲的范德华双层中，强的电子-电子相互作用产生量子霍尔铁磁性，在自旋和同位旋扇区中自发破坏对称性。量子霍尔铁磁体支持各种各样的低能集体激发，这些激发有助于理解磁基态的性质，并且还可能用作量子信息的载体。由于小样本量和测量限制，探测这种集体激发，特别是它们的色散ω（k），在实验上具有挑战性。在这项工作中，我们展示了一个全电的方法，集成了一个Fabry-Pérot腔与非平衡输运，以实现在石墨烯异质结构的自旋波的激发，波矢选择和检测。我们的实验揭示了双层石墨烯在E = 0朗道能级上的无隙线性色散自旋波激发，从而为预测的倾斜反铁磁序提供了直接的实验证据。我们发现，无隙自旋波模式传播的高群速度为几十公里/秒，并保持相位相干超过许多微米的距离。它对磁场和温度的依赖性与自旋波的流体动力学理论吻合得很好。这些结果为在这种高质量材料中探索自旋超流性奠定了基础。我们发展的共振腔技术为探索范德华异质结构中多自旋和同位旋有序多体基态的集体激发提供了一种强有力的、及时的方法，并为工程化磁振子器件开辟了可能性。
2021-02-26 cond-mat.mes-hall
Unified Topological Response Theory for Gapped and Gapless Free Fermions
我们从一个共同的母体理论出发，推导出一个系统地计算有隙和无隙的自由费米子系统对电磁场和应变场的响应的方案。利用量子霍尔态的最低朗道能级的位置算符是正则共轭的这一事实，我们考虑了在$n$相互正交的磁场作用下的$2n$空间维中的大质量狄拉克费米子，并将由此产生的零朗道能级的物理空间重新解释为$n$空间维中的相空间.由Chern-Simons理论给出的父狄拉克费米子的体拓扑响应转化为量子化绝缘体响应，而其边缘异常表征了无隙系统的响应。此外，各种物理上不同的反应被认为是相关的位置和动量变量的交换。我们得到许多著名的响应，并证明我们的理论的实用性，通过预测沿位错外尔半金属的光谱流。
2015-05-28 cond-mat.mes-hall
Edge states in Graphene: from gapped flat band to gapless chiral modes
我们研究了石墨烯系统中的边缘态，其中通过反转对称性破缺打开了体能隙。我们发现，边带色散可以通过施加在边界上的电势来控制，其尺度为单胞长度。在一定的边界势下，发现了速度依赖于谷的无带隙边态，这与量子自旋霍尔系统中的自旋依赖的无带隙手征边态完全相似。揭示了边态与体拓扑性质之间的联系。
2008-10-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Gapless excitations in the Haldane-Rezayi state: The thin torus limit
研究了Haldane-Rezayi态的薄环面极限。十个基态中有八个在这个极限下呈现简单的乘积形式，这是已知的许多其他量子霍尔试验波函数的情况。剩下的两个状态有一个有点不寻常的薄环面极限，其中一个“破碎”的缺陷对形成一个单线态是完全离域的。我们从圆柱上的波函数导出了这些极限，并推导出薄环面空芯哈密顿量的主导矩阵元。我们发现在薄环面极限中存在无隙激发。这与非酉共形场论中的局部哈密顿稳定波函数是无隙的预期是一致的。我们还使用薄环面分析，以获得明确的计数公式的零模式的空芯哈密顿的环面上，以及其他几个配对和相关的量子霍尔态的父哈密顿。
2011-08-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Thin film of a topological insulator as a spin Hall insulator
利用Kubo公式研究了拓扑绝缘体薄膜表面态的自旋电导。膜的不同面之间的杂化在狄拉克点处打开了一个间隙。我们发现，在带隙区自旋电导率仍然是有限的。在带隙附近的无带隙区，自旋电导率增强。这些发现使得拓扑绝缘体薄膜成为自旋电子学应用的有前途的材料。
2020-12-30 cond-mat.mes-hall
Trivial and inverted Dirac bands, and emergence of quantum spin Hall states in graphene on transition-metal dichalcogenides
从第一性原理出发，研究了单层过渡金属二硫属化合物（TMDC）中石墨烯的邻近轨道效应和自旋轨道效应。发现石墨烯的狄拉克能带结构位于硫化物和硒化物的TMDC的半导体带隙内，而它与碲化物的价带合并。在前一种情况下，通过拟合唯象的有效哈密顿量，建立了狄拉克电子的邻近诱导的交错势隙和自旋轨道耦合（都在meV尺度上）。虽然在MoS $_2$、MoSe $_2$和WS $_2$上的石墨烯具有拓扑上平凡的能带结构，但在WSe $_2$上的石墨烯表现出反转的能带。利用一个现实的紧束缚模型，我们发现拓扑保护的螺旋边缘状态的石墨烯锯齿形纳米带WSe $_2$，证明量子自旋霍尔效应。该模型还具有“半拓扑状态”，仅在一个边缘上防止时间反转无序。
2015-10-01 cond-mat.mes-hall
Binding Transition in Quantum Hall Edge States
研究了一类拓扑不稳定的阿贝尔量子Hall态。我们发现T-不稳定QH态的边缘可以有一个相变，这导致了电子之间的束缚，减少了无带隙边缘分支的数量。在束缚跃迁之后，进入边缘的单电子隧穿获得有限的能隙，并且只有某些多电子共隧穿（例如$ν=9/5$边缘的三电子共隧穿）可以是无带隙的。在某些QH态之间的边界上的边缘态也出现类似的现象。例如，$ν=2$和$ν=1/5$状态之间的边界上的边缘仅允许在结合跃迁之后的低能量下的三电子共隧穿。
1999-03-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Intra-Landau level magnetoexcitons and the transition between quantum Hall states in undoped bilayer graphene
我们研究了在强垂直磁场和电场作用下，未掺杂双层石墨烯中量子霍尔态的集体模。对于与小电场$E_\perp$相关的公知铁磁态和适用于大$E_\perp$的类似谷/层极化态，低能物理都由具有零角动量的磁激子主导，所述磁激子是守恒朗道轨道的激子的甚至组合。我们确定在这两个国家的长波长的不稳定性，并认为有一个中间范围的电场$E^{(1)}_\text{c} < E_\perp < E^{(2)}_\text{c}$的无间隙相位之间插入不可压缩的量子霍尔状态。这种交叉通过一个无间隙状态的实验相关性进行了讨论。
2011-05-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Gapless surface states in a three-dimensional Chalker-Coddington type network model
我们提出了一个三维的Chalker-Coddington型网络模型的空间周期性的无隙表面态的出现。该模型由一个环形网络放置在每个面的立方晶胞在简单的立方晶格。相邻环中的环传播模式之间的散射由S矩阵描述，S矩阵控制系统可能的对称性。该模型映射到Floquet-Bloch系统，准能谱可以显示带隙的体能带结构和无带隙的表面态。与拓扑晶体绝缘体相比，系统的对称性和无带隙表面态的鲁棒性进行了探索。我们还讨论了其他晶体结构，一个规范对称性，和一个可能的光学实现的网络模型。
2015-10-14 cond-mat.mes-hall physics.optics
1/3 Fractional and Gapless Integer Quantum Anomalous Hall States in Rhombohedral Graphene
Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）；National Institute for Materials Science（国立材料研究所）
通过量子电容和输运测量，在菱方五层石墨烯/六方氮化硼莫尔超晶格中观察到1/3填充的FQAH态，并发现从分数量子反常霍尔态到平庸电荷密度波态的拓扑相变，以及整数量子反常霍尔态到无能隙高可压缩态的转变。
2026-06-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Topologically distinct critical theories emerging from the bulk entanglement spectrum of integer quantum Hall states on a lattice
通过计算对称棋盘双分划下的基态纠缠谱，得到了整数量子Hall态到具有相同对称性的平凡绝缘态的拓扑相变的临界理论.与左右二分下的无带隙边缘激发相反，具有体无带隙激发的量子网络自然地出现在布里渊区中心而无需微调。在一个大的有限晶格上，$ν=1$态的临界理论是（2+1）维相对论量子场论，其特征是\textit{single}狄拉克锥谱和一对\textit{fractionalized}零能态，而对于$ν=2$态，临界理论表现出抛物线谱，在零能态中没有分数化的迹象。通过基态纠缠谱建立了体拓扑理论、无隙边理论和临界理论之间的三角形对应关系。
2014-12-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el hep-th
Ground state, quasi-hole, a pair of quasihole wavefunctions and instability in bilayer quantum Hall systems
双层量子霍尔系统（BLQH）不同于单层量子霍尔系统（SLQH）的地方在于它的对称性破缺基态和赝自旋扇区中的中性无带隙模。由于无带隙模的存在，在任意有限距离上的基态和低能激发态波函数的定性尚不清楚。我们研究这个重要的开放问题的复合玻色子（CB）理论发展的作者之一，系统地研究BLQH。从CB理论及其对偶作用量出发，导出了准空穴、准空穴和准空穴对的基态波函数。我们发现，在任何有限的$ d $，基态波函数不同于众所周知的$ (111) $波函数。除了公知的乘法因子外，准空穴和一对准空穴波函数还包含与正确的基态波函数相乘的非平凡归一化因子。所有波函数中的所有距离依赖性都被编码在基态波函数的自旋部分中。编码在基态波函数的自旋部分的不稳定性导致的赝自旋密度波的形成提出的作者之一以前。简要讨论了与波函数的最低朗道能级（LLL）投影有关的一些微妙之处。
2006-10-25 cond-mat.mes-hall
Long Range Coherent Manipulation of Nuclear Spins in Quantum Hall Ferromagnet
在适当设计的量子霍尔铁磁体中，通过改变朗道能级填充因子，可以通过与电子自旋的超精细相互作用制备和操纵许多核自旋态的相干叠加。在操作期间，2D电子系统形成空间上大的Skyrmionic自旋纹理，其中许多核自旋局部地跟随电子自旋极化。结果表明，在零塞曼分裂的极限下，单个自旋织构的集体自旋旋转是无隙的，并且可能主导量子阱中的核自旋弛豫和退相干过程.
2003-03-19 cond-mat.mes-hall
Quantum Hall plateau transitions in disordered superconductors
本文研究了二维非相互作用准粒子的离域跃迁，它属于一个新的对称类。这种对称性可以在一个肮脏的、无隙的超导体中实现，其中轨道运动的时间反演对称性被破坏，但自旋旋转对称性是完整的。我们发现一个直接过渡的两个绝缘相量子霍尔电导为零和两个保守的准粒子。准粒子的能量在临界点处作为一个相关的破缺场，将直接跃迁分裂为两个常规的平台跃迁。
1998-12-09 cond-mat.mes-hall
Quantum Dualities and Quantum Anomalous Hall Phases with Arbitrary Large Chern Numbers
量子对偶性是当代理论物理学中一个影响深远的概念。本文通过具体的两带哈密顿模型，揭示了量子反常霍尔相的量子对偶性。我们的模型可以实现QAH相位与任意大的陈数。在实际材料中，这些模型可以通过$c_1=1$ QAH绝缘体的堆叠$n$层系统来实现。研究了能改变Chern数的拓扑相变。同时，我们对模型中的无隙边缘模进行了详细的研究，发现了一种新的体边界对应机制。
2016-03-28 cond-mat.mes-hall
Quantum Landau Spin Hall Insulator
本文从理论上研究了在简谐标量静电势作用下具有强自旋轨道相互作用的单带半导体的二维拓扑电子态。自旋朗道能级所描述的电子状态是绝缘的体和主机的无带隙的边缘状态的存在下的时间反演对称性。这种拓扑态表现出量子化电导率和量子化自旋霍尔电导率的性质，量子化自旋霍尔电导率由自旋陈数$\mathbb{Z}$表征。量子化的两个电导率是强大的各种扰动下，如潜在的障碍，塞曼场，和自旋轨道散射。现有的半导体技术将实现本文中讨论的拓扑状态。
2013-09-24 cond-mat.mes-hall
Emergence of Unconventional Interfacial Magnetic Phenomenon in Topological Insulator-Based Magnetic Heterostructures
在拓扑绝缘体（TI）/磁性绝缘体（MI）异质结构中，TI的大自旋轨道耦合和界面处的反转对称性破缺可以在界面处促进非平面自旋织构，例如skyrmion。这在常规霍尔设置中被观察为拓扑霍尔效应。虽然已经在TI/MI的界面处观察到这种效应，其中MI观察到垂直磁各向异性，但在具有面内磁各向异性的界面MI中发展的非平凡自旋纹理被报道不足。在这项工作中，我们利用平面霍尔效应（PHE）研究了Bi $_2$ Te $_3$ /EuS异质结构。我们观察到的平面拓扑霍尔和自发平面霍尔功能的特点是在界面处的非平凡的面内自旋纹理。我们发现，后者是最小的电流和磁场方向平行对齐时，和最大的样品平面内，这可能归因于潜在的平面各向异性的自旋织构垂直对齐时。这些结果表明的重要性，PHE灵敏的检测和表征的非平凡的磁相，逃避了勘探的TI/MI接口。
2021-09-23 cond-mat.mes-hall
Emergence of spin-active channels at a quantum Hall interface
我们研究了在量子霍尔体系中，在$ν=4$和$ν=3$之间存在界面的系统的基态.远离界面，对于一系列的相互作用强度，$ν=3$区域是完全极化的，但$ν=4$区域是局部的单线态。在改变相互作用的强度和界面的宽度时，系统选择两个不同的边缘/界面相之一。在相A中，对于宽界面稳定，自旋是一个好的量子数，并且不存在无间隙的长波长自旋涨落。在相B中，稳定的窄界面，自旋对称性自发地在Hartree-Fock水平被打破。超越Hartree-Fock，我们认为，相位B的区别是出现无隙长波长自旋激发绑定到界面，这可以，在原则上，通过测量的弛豫时间$T_2$在核磁共振。
2020-09-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Orbital analogue of quantum anomalous Hall effect in $p$-band systems
我们研究了在光晶格中由轨道角动量极化引起的$p$带系统的拓扑绝缘态，在没有朗道能级的情况下，该系统表现出无带隙的边缘模.这种效应源于通过围绕其自身中心旋转每个光晶格位置而在现场$p_x+ip_y$和$p_x-ip_y$轨道之间的能级分裂。在大的旋转角速度下，这个模型自然地简化为没有朗道能级的两个哈勒的量子霍尔模型的副本。计算了Berry曲率在动量空间中的分布和量子化的Chern数。并讨论了实验实现。
2008-05-22 cond-mat.mes-hall
$Z_2$ Topological Order and the Quantum Spin Hall Effect
量子自旋霍尔（QSH）相是具有体电子带隙的时间反转不变的电子状态，其支持在无带隙边缘状态中的电荷和自旋的传输。我们发现，这个阶段是与一个新的$Z_2$拓扑不变，这使它区别于普通的绝缘体。$Z_2$分类是为时间反演不变的哈密顿量定义的，类似于量子霍尔效应的陈数分类。我们建立了石墨烯双带模型中QSH相的$Z_2$阶，并提出了适用于多带和相互作用系统的形式主义的推广。
2005-06-27 cond-mat.mes-hall
Collective Edge Modes near the onset of a graphene quantum spin Hall state
石墨烯在强倾斜磁场作用下表现出可通过倾斜角度调节的绝缘体-金属转变，这归因于在填充因子为零时从倾斜反铁磁（CAF）到铁磁（FM）体态的转变。我们发展了一个理论描述的自旋和谷边缘纹理的两个阶段，并通过过渡的边缘模式的性质隐含的演变。特别是，我们表明，CAF有带隙的中性模式的散装，但支持带隙的带电边缘模式。在过渡到FM状态的充电的边缘模式变得无缝，并顺利连接到FM状态的螺旋边缘模式。可能的实验结果进行了讨论。
2014-08-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Robust helical edge transport at $ν=0$ quantum Hall state
在具有狄拉克锥的二维材料中，最有趣的预测之一是第零朗道能级（LL）的存在，该能级由具有相反手性的电子和空穴均等地填充。在LL填充因子$ν=0$带隙的量子霍尔态处，塞曼分裂产生了具有螺旋自旋结构的无隙边缘态。我们在零能隙碲化汞量子阱中观测到了$ν=0$量子霍尔态的巨非局域四端输运。我们的实验清楚地证明了在单谷狄拉克锥材料系统中存在鲁棒的螺旋边缘态。
2017-07-24 cond-mat.mes-hall
Theory of multiple magnetic scattering for quasiparticles on a gapless topological insulator surface
本文发展了一个适用于含磁性杂质的无隙拓扑绝缘体（TI）表面的低能多重散射分波理论。作为应用，我们讨论了单中心和双中心磁散射的微分截面（CS）$dΛ/dφ$、总CS $Λ_{tot}$、电阻率的霍尔分量$Ω$和逆动量弛豫时间$Γ_{M}$。我们证明了与非线性杂质散射不同，$s\mathtt{-}$波近似在这种情况下是不可取的，也是收敛的。随着单个磁性杂质的有效磁矩$M$的增大，CS的对称性降低，产生背散射，背散射强度增大。我们显示了一个非零的垂直电阻率分量$Ω$，这可能是有用的调谐样品的霍尔电压。与$dΛ/dφ$的分析一致，通过比较$Γ_{M}$与$Λ_{tot}$，我们可以确定后向散射和前向散射的不同权重。与CS类似，$Ω$和$Γ_{M}$也表现出多个磁散射中心由于干涉效应的振荡行为。
2012-06-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
Sound Induced Hall Currents in Weyl Exciton Insulators
Tsung-Dao Lee Institute, Shanghai Jiao Tong University（李政道研究所，上海交通大学）；School of Physics and Astronomy, Shanghai Jiao Tong University（物理与天文学院，上海交通大学）
研究外尔激子绝缘体中的输运，基于低能哈密顿量发展半经典波包理论，发现声致霍尔电流，其源于质量诱导贝里结构，为外尔激子序提供直接探针及相互作用产生质量的输运特征。
2026-07-28 cond-mat.mes-hall
Quantum Anomalous Hall Effect in 2D Organic Topological Insulators
量子反常霍尔效应（QAHE）是凝聚态物理中的一种基本输运现象。在没有外加磁场的情况下，自发磁化与自旋轨道耦合共同作用产生量子化的霍尔电导。到目前为止，已经提出了许多理论建议来实现QAHE，但都是基于无机材料。在这里，使用第一性原理计算，我们预测了一个家庭的二维有机拓扑绝缘体（OTIs）实现QAHE。通过将三苯基过渡金属化合物的分子构建块组装成六方晶格而设计，这种新的有机材料具有非零的Chern数，并在Dirac间隙内表现出无间隙的手性边缘状态。
2013-03-27 cond-mat.mes-hall
Axion response in gapless systems
三维强拓扑绝缘体有望实现量子化的磁电响应，即所谓的轴子响应。然而，许多被预测为拓扑绝缘体的材料已经被证明是金属的，具有体费米表面。根据Bergman等人（Phys.Rev.B82，195417（2010））的结果，即即使当能带结构间隙闭合时，拓扑绝缘体的螺旋表面态也持续存在，我们探索了这种系统中磁电响应的命运。我们发现一个非量子化的磁电耦合仍然存在，一旦体费米表面打开-一个非普遍的轴子响应。更一般地说，我们发现，更高维的类似物的固有异常霍尔效应出现\emph{every}陈形式-非量子化的响应系数的无间隙系统，而不是量子化的传输系数在有间隙的系统，都与拓扑起源。特别地，3D中的非量子化磁电响应从4D中的固有异常霍尔效应模拟下降。
2011-02-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el hep-th
