Topological Hall effect at above room temperature in heterostructures composed of a magnetic insulator and a heavy metal
非易失性存储器和计算技术依赖于对不会磨损的超微小信息载体的有效读取和写入。磁skyrmions正在成为一个潜在的载体，因为它们是拓扑鲁棒的纳米级自旋纹理，可以用超低电流密度操纵。迄今为止，大多数的skyrmions报告在金属薄膜，遭受额外的欧姆损耗，因此高能量耗散。因此，磁绝缘体中的skyrmions由于其低阻尼和没有欧姆损耗而对于低功率信息处理应用具有技术重要性。此外，它们吸引了研究各种磁振子-skyrmion相互作用的基本兴趣11。Skyrmions已被观察到在一个绝缘材料Cu 2 OSeO 3在低温下，在那里他们是稳定的散装Dzyaloshinskiiii-Moriya相互作用。在这里，我们报告了在磁性绝缘体/重金属异质结构中在室温以上存活的磁性skyrmions的观察，即，钍铁石榴石/铂。这些skyrmions的存在是由于界面处的Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用引起的，并由涌现拓扑霍尔效应确定。通过改变温度来调节磁各向异性，我们在一个大的外磁场窗口中观察到skyrmions，并增强了skyrmions在易平面各向异性区域的稳定性。我们的研究结果将有助于创造一个新的平台，绝缘skyrmion为基础的室温低耗散自旋电子应用。
2019-04-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Large Magnetoresistance at Room Temperature in Ferromagnet/Topological Insulator Contacts
我们报告的磁阻电流流过铁/拓扑绝缘体（Fe/TI）和Fe/蒸发氧化物/TI接触时，磁场是用来初始定向的磁性排列的铁磁铁条，在温度范围从100 K到室温。这种磁电阻与Fe棒磁化的相对取向和在具有螺旋自旋动量锁定的TI表面上移动的电子的自旋极化相关联。所观察到的磁阻的大小是相对较大的，在先前的工作中观察到的。
2016-03-23 cond-mat.mes-hall
Conductance modulation in topological insulator Bi2Se3 thin films with ionic liquid gating
采用离子液体作为双电层栅控材料，研制了Bi 2Se 3拓扑绝缘体场效应晶体管，室温电导调制率达365%.我们讨论了带电杂质对输运性质的作用。电导随栅极偏压的调制是由于载流子浓度的变化，而电导随温度的变化是由于迁移率的变化。拓扑绝缘体在室温下具有很大的电导调制和透明的光学性质，使其成为一种有趣的光电材料。
2013-11-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Two-dimensional honeycomb-kagome V2O3: a robust room-temperature magnetic Chern insulator interfaced with graphene
在量子反常霍尔效应（QAHE）中，不需要外加磁场就可以获得无耗散的手征边缘态，这在电子学和自旋电子学领域具有巨大的应用潜力。实现室温磁性陈氏绝缘体的最大障碍是找到一种结构稳定的材料，具有足够大的能隙和居里温度，可以很容易地在电子器件中实现。基于第一性原理的研究表明，V2 O3单原子层的蜂窝状晶格是结构稳定的，具有自旋极化的狄拉克锥，通过原子的原位自旋轨道耦合（SOC）产生室温QAHE.此外，通过应变和衬底研究，发现量子反常霍尔系统对小变形是鲁棒的，并且可以由石墨烯衬底支撑。
2021-06-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Dynamics of surface electrons in a topological insulator: cyclotron resonance at room temperature
Laboratoire National des Champs Magnétiques Intenses, EMFL, CNRS UPR3228, Univ. Grenoble Alpes, Univ. Toulouse, Univ. Toulouse 3, INSA-T（国家强磁场实验室）；Université de Fribourg（弗里堡大学）；Faculty of Mathematics and Physics, Charles University（查理大学数学与物理学院）；Paul Scherrer Institute（保罗谢尔研究所）
研究在室温下通过回旋共振测量证明，拓扑绝缘体表面电子可在较低磁场下被量化到朗德能级，揭示了表面态电子在高温下的长寿命准粒子特性。
2026-01-07 cond-mat.mes-hall
Topological Crystalline Insulator Nanostructures
拓扑晶体绝缘体是表面态受晶体对称性而非时间反演对称性保护的拓扑绝缘体。与第一代三维拓扑绝缘体如Bi 2Se 3和Bi 2 Te 3类似，拓扑晶体绝缘体也具有具有奇异电子性质的表面态，如自旋-动量锁定和狄拉克色散。迄今为止实验验证的拓扑晶体绝缘体是SnTe、Pb 1-xSnxSe和Pb 1-xSnxTe。由于拓扑保护来自晶体对称性，因此磁性杂质或面内磁场不会在拓扑晶体绝缘体中的表面态中打开能隙。此外，因为它们是立方结构而不是层状结构，所以分支结构或与其他材料的强耦合以获得大的邻近效应是可能的，这对于层状Bi 2Se 3和Bi 2 Te 3是困难的。因此，可以追求在三维拓扑绝缘体中无法实现的附加基本现象。在这篇综述中，拓扑晶体绝缘体SnTe纳米结构将被讨论。为了比较，将覆盖基于SnTe薄膜的实验结果。拓扑晶体绝缘体的表面态性质将简要讨论。
2014-10-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Revealing electrically undetectable room temperature surface-mobility of bulky topological insulators by spectroscopic techniques
高表面迁移率是三维拓扑绝缘体（3DTI）的标志，这归因于拓扑保护。利用表面的流动性表明成功地应用拓扑性质的实际目的。然而，不可避免的体传导阻碍了表面迁移率的检测。即使在高质量晶体的情况下，体状态也形成电流的主要通道。因此，电输运测量，表面迁移率可以解决只有低于微米厚的晶体。在较高的温度下，表面迁移率的评估变得更具挑战性，其中声子可以发挥作用。在这里，使用光谱技术，我们成功地评估了Bi 2 Te 3（BT）在室温（RT）下的表面迁移率。我们获得的有效质量和平均散射时间的表面和体状态，使用角分辨光电子能谱和太赫兹时域光谱。我们揭示了BT的创纪录的高表面迁移率，超过33，000 cm^2/（Vs）每个表面片，尽管在RT共存的体态以及声子的内在限制。我们的研究结果部分支持了有趣的结论，即拓扑保护在RT持续存在。我们的方法可以适用于其他拓扑材料具有费米能级附近的多带结构。
2019-05-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Massive Dirac surface states in topological insulator/magnetic insulator heterostructures
拓扑绝缘体是一种新的物质状态，具有体隙和由时间反演对称性保护的鲁棒无隙表面态。当时间反演对称性破缺时，系统的表面态会产生能隙，从而引起系统对电磁场的拓扑响应--拓扑磁电效应。本文研究了由拓扑绝缘体和磁性绝缘体构成的异质结构中拓扑表面态的行为。几个兼容的磁性结构和拓扑绝缘体${\rm Bi_2Se_3}, {\rm Bi_2Se_3}, {\rm Sb_2Te_3}$的晶格匹配相对较好的磁性绝缘体被确定，最好的候选材料被发现是MnSe，一个反铁磁绝缘体。我们对${\rm Bi_2Se_3/MnSe}$超晶格进行了第一性原理计算，得到了表面态能带结构。与MnSe的磁交换耦合在表面态引起$\sim$ 54 meV的间隙。此外，我们还通过调节Mn离子与TI表面的距离来研究交换耦合的距离依赖性。
2012-08-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Axion Insulator State in a Ferromagnet/Topological Insulator/Antiferromagnet Heterostructure
我们建议使用铁磁绝缘体MnBi_2Se_4/Bi_2Se_3/反铁磁绝缘体Mn_2Bi_2Se_5异质结构来实现轴子绝缘体态。重要的是，这种异质结构中的轴子绝缘体状态仅取决于铁磁绝缘体的磁化强度，因此可以在宽范围的外部磁场中观察到。使用密度泛函计算和模型哈密顿模拟，我们发现，顶部和底部表面有相反的半量子霍尔电导，与一个相当大的全球自旋间隙为5.1毫电子伏开放的拓扑表面状态的Bi 2Se 3。我们的工作提供了一个新的策略，通过使用范德瓦尔斯反铁磁绝缘体以及三维拓扑绝缘体的轴子绝缘体的搜索。
2018-10-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Magnetically Controllable Topological Quantum Phase Transitions in Antiferromagnetic Topological Insulator MnBi$_2$Te$_4$
近年来，反铁磁拓扑绝缘体（TI）MnBi $_2$ Te $_4$的发现引发了人们对新的磁拓扑物理的探索。基于第一性原理计算，我们发现磁性取向和有序度的改变不仅显著影响了MnBi $_2$ Te $_4$中的材料对称性和轨道杂化，而且导致了新的磁性拓扑相的变化.因此，我们预测了一系列不寻常的拓扑量子相变，是磁性可控的材料，包括相变从AFM TI到AFM镜拓扑晶体绝缘体，从II型到I型拓扑Weyl半金属，从轴子绝缘体到陈绝缘体。这些发现为磁性拓扑材料的未来研究和应用开辟了新的机会。
2019-05-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Topological magnetic dipolar interaction and non-local electric magnetization control in topological insulator heterostructures
在拓扑绝缘体中预测的磁电效应使得结合磁性材料和这种绝缘体的异质结构成为自旋电子学应用的有希望的候选者。在这里，我们从理论上考虑的设置，表现出两个良好分离的界面之间的拓扑绝缘体和铁磁绝缘体。我们发现，有一个拓扑磁偶极-偶极相互作用源于长程库仑相互作用。我们解析推导出在两个接口的磁化动力学，并讨论如何可以应用到非本地的远程耦合诱导形成的磁性纹理在一个接口通过适当的门控其他接口。
2016-07-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Induced spin texture in semiconductor/topological insulator heterostructures
我们发现，半导体薄膜可以获得一个非平凡的自旋织构由于邻近效应诱导的拓扑绝缘体。该效应源于与拓扑表面态的耦合，即使绝缘体被掺杂也存在。我们提出了一种半导体/拓扑绝缘体异质结构作为一种设备，允许测量界面特性和探测未补偿样品的表面状态。我们还发现，拓扑绝缘体表面模式可以显着拓宽和移动的存在下，金属接触。
2011-08-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Kondo insulator SmB6 under strain: surface dominated conduction near room temperature
SmB 6是一个强关联的混合价Kondo绝缘体，具有新发现的表面态，被认为是非平凡的拓扑起源。然而，表面态仅在T ~* ~ 4K以下主导电导，限制了其科学研究和器件应用。在这里，我们报告的T * 在SmB 6的拉伸应变的应用下的增强。与0.7%的拉伸应变，我们报告的表面占主导地位的导电在高达240 K的温度下，持久的应变后，即使已被删除。这可以解释的框架中的应变调谐的时间和空间波动的f-电子配置，这可能通常适用于其他混合价材料。我们注意到，在潜在的器件应用中，这种应变量可以通过衬底在外延SmB 6膜中诱导。
2017-02-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Minimal model for higher-order topological insulators and phosphorene
高阶拓扑绝缘体是传统拓扑绝缘体的一种扩展概念，属于一类特殊的拓扑绝缘体，传统的体-边界对应关系不适用于此。体拓扑指数可以由位于晶体的高对称点处的Wannier中心来描述。本文提出了二维二阶拓扑绝缘体和三维三阶拓扑绝缘体的极小模型。它们是具有两个不同跳变参数的各向异性双带模型。二维模型被认为是捕获的费米能级附近的磷烯的基本物理。由于在纳米带中没有拓扑边缘态，它迄今为止被认为是一种平凡的绝缘体。然而，我们证明了零维拓扑边界状态的出现，即，在纳米磁盘中。特别地，金刚石结构在两个角处表现出这样的拓扑状态，每个角携带1/2分数电荷。我们预测这些角态将在磷烯的金刚石结构中观察到。
2018-01-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Temperature Induced Spin Density Wave in Magnetic Doped Topological Insulators
研究了掺杂等电子磁性杂质的拓扑绝缘体的磁性。结果表明，在零温度下，杂质是铁磁有序的，但当温度升高时，拓扑绝缘体在系统达到顺磁相之前经历了一级相变到自旋密度波相.这一阶段的起源是拓扑绝缘体自旋磁化率对动量的非平凡依赖。我们分析了发生在拓扑绝缘体表面的非均匀磁相位与狄拉克电子系统的耦合。
2012-07-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Room temperature high frequency transport of Dirac fermions in epitaxially grown Sb_2Te_3 based topological insulators
报道了在外延生长的Sb_2Te_3三维拓扑绝缘体（TI）中观察到的光电流效应。我们表明，非对称散射的狄拉克电子驱动来回的太赫兹电场的结果在直流电流。由于“对称过滤”，直流电流仅在表面电子中产生，并提供光电通路以探测TI中的电输运、表面畴取向和电子散射的细节，甚至在室温下的3D TI中，其中常规的表面电子输运通常被体中的高载流子密度阻碍。
2014-02-28 cond-mat.mes-hall
Topological insulators from the Perspective of first-principles calculations
拓扑绝缘体是一种新的量子态，它具有螺旋形的无带隙边缘态或表面态，这些拓扑表面态对晶格畸变和非磁性杂质等弱的时间反演不变扰动具有很强的鲁棒性。近年来，各种各样的拓扑绝缘体已被理论预测和实验观测。第一性原理计算已被广泛用于预测拓扑绝缘体，并取得了巨大的成功。本文从第一性原理计算的角度综述了该领域的研究进展。首先，简要介绍了拓扑绝缘体的基本概念和第一性原理计算中常用的计算方法。其次，总结了寻找新型拓扑绝缘体的一般方法。最后，基于碲化汞的能带反转图，我们将拓扑绝缘体分为s-p、p-p和d-f三类，并讨论了每类拓扑绝缘体的典型例子。
2012-09-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Current Modulator based on Topological Insulator with Sliding Magnetic Superlattice
我们从理论上研究了表面覆盖有滑动磁性超晶格的拓扑绝缘体。通过分析含时Dirac方程，研究了零模的动力学性质。当超晶格的滑动速度小于（大于）拓扑绝缘体的费米速度时，零模被完全（不完全）抽运。我们还提出了这种设置，整流电流或产生脉冲电流的应用。这将为基于拓扑绝缘体的电子器件提供一个原型。
2010-02-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tuning the Curie temperature of a 2D magnet/topological insulator heterostructure to above room temperature by epitaxial growth
该研究利用分子束外延提高Fe₃GeTe₂/Bi₂Te₃生长温度，使居里温度由约220 K升至室温以上，并揭示其与Fe_mGe_nTe₂相形成及vdW间隙插层相关。
2023-08-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin Hall photoconductance in a 3D topological insulator at room temperature
三维拓扑绝缘体是一类狄拉克材料，其中强自旋轨道耦合导致二维表面态。后者的特征是自旋动量锁定，即，每个动量矢量与在表面平面中垂直于它锁定的自旋相关联。虽然拓扑绝缘体的主要自旋产生能力已经得到很好的建立，但对于自旋与外部刺激（如偏振光）的相互作用知之甚少。我们观察到一个螺旋形的，偏置依赖的光电导在横向边缘的拓扑Bi2Te2Se血小板的光垂直入射。相同的边缘也表现出有限的偏置依赖的克尔角，指示由横向自旋霍尔效应在体状态的Bi2Te2Se血小板诱导的自旋积累。对称性分析表明，螺旋光电导是不同的常见的纵向光电导和光电流现象，但一致的累积自旋被运输的侧刻面的血小板。我们的研究结果表明，自旋效应的三维拓扑绝缘体的方面可以解决和读出的光电子器件，即使在室温下。
2017-08-01 cond-mat.mes-hall
Laser-induced persistent photovoltage on the surface of a ternary topological insulator at room temperature
利用时间分辨和角度分辨光电子能谱研究了三元拓扑绝缘体（Bi $_{1 x}$ Sb $_{x}$）$_2$ Te $_3$中激发电子对飞秒红外脉冲的超快响应.我们证明，在临界浓度$x$ =0.55，系统成为体绝缘，表面电压可以在室温下驱动通过拓扑表面状态仅由光学手段。我们进一步表明，这样的光电压持续超过一个时间尺度，超过$\sim$ 6 $μ$ s，即远长于体状态的特征弛豫时间。我们的光电压的起源归因于激光诱导的能带弯曲效应，出现在超快时间尺度上的表面区域附近。与未掺杂的拓扑绝缘体相比，光电压还伴随着激发态弛豫时间的显著增加。我们的研究结果是相关的拓扑表面状态在未来的光学器件中的应用程序的上下文中。
2017-05-19 cond-mat.mes-hall
Spin Hall Effect in Bilayer Graphene Combined with an Insulator up to Room Temperature
石墨烯中的自旋-轨道耦合可以通过化学官能化、吸附原子装饰或与范德华材料接近来增强。由于预期这种增强会引起相当大的自旋霍尔效应，这是一种与技术相关的自旋-电荷电流转换现象，因此引起了广泛的研究兴趣。然而，它仅在石墨烯/过渡金属二硫属化物范德华异质结构中测量，具有有限的可扩展性。在这里，我们实验证明自旋霍尔效应的双层石墨烯结合的绝缘体，蒸发的氧化铋层到室温。测量的自旋霍尔效应很可能是由外在机制引起的。具有较大的自旋-电荷转换效率，可扩展性和易于集成到电子器件，我们展示了一种有前途的材料异质结构，适用于基于自旋的器件应用。
2020-05-14 cond-mat.mes-hall
Room-temperature quantum spin Hall edge state in a higher-order topological insulator Bi$_4$Br$_4$
宏观量子现象的室温实现是基础物理学的主要目标之一。量子自旋霍尔态是一种拓扑量子现象，具有二维绝缘体和螺旋边缘态，尚未在室温下实现。在这里，我们使用扫描隧道显微镜可视化的高阶拓扑绝缘体Bi 4 Br 4的表面上的量子自旋霍尔边缘状态。我们发现原子分辨晶格具有超过200meV的大绝缘能隙，原子尖锐的单层台阶边缘具有显著的能隙内无隙态，表明拓扑体边界对应。外部磁场可以使边缘状态间隙化，这与底层拓扑固有的时间反转对称保护一致。我们进一步确定了这种边缘状态的几何杂交，这不仅证明了量子自旋霍尔态的Z2拓扑结构，而且还可视化了高阶拓扑绝缘体相的构建块。值得注意的是，绝缘间隙和拓扑边缘状态被观察到持续到300 K。我们的结果指出，实现了室温量子自旋霍尔边缘态的高阶拓扑绝缘体。
2022-09-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Long distance transport of magnon spin information in a magnetic insulator at room temperature
自旋信息的传输已经在各种材料中进行了研究，例如金属，半导体和石墨烯。在这些材料中，自旋通过传导电子的扩散来传输。在这里，我们研究了自旋在磁性绝缘体中的扩散和弛豫，其中大的带隙阻止了电子的运动。然而，自旋仍然可以通过非平衡磁振子的扩散来传输，磁振子是磁有序材料中自旋波激发的量子。在这里，我们的实验表明，这些磁振子可以激发和检测完全电的线性响应，并可以通过磁绝缘体钇铁石榴石（YIG）的距离高达40微米的自旋角动量。我们确定两个运输制度：扩散限制制度的距离短于磁振子弛豫长度，和弛豫限制制度的较大距离。用一个类似于电子自旋输运的扩散-弛豫模型的模型，在室温下，我们在200 nm的YIG薄膜中提取了磁振子弛豫长度λ = 9.4 μ m。
2015-05-23 cond-mat.mes-hall
Dirac-Surface-State-Dominated Spin to Charge Current Conversion in the Topological Insulator $(Bi_{0.22}Sb_{0.78})_2Te_3$ Films at Room Temperature
我们报道了室温下本征拓扑绝缘体（TI）$(Bi_{0.22}Sb_{0.78})_2Te_3$薄膜中自旋-电荷电流的转换。在坡莫合金（Py）薄层中通过两种不同的过程产生自旋电流，自旋泵（SPE）和自旋塞贝克效应（SSE）。在第一种方法中，我们使用微波驱动的铁磁共振的Py膜，以产生一个SPE的自旋电流注入到TI $(Bi_{0.22}Sb_{0.78})_2Te_3$层与Py直接接触。在第二种情况下，我们使用SSE在Py中的纵向配置，而不受Py和$(Bi_{0.22}Sb_{0.78})_2Te_3$层之间的薄NiO层的能斯特效应的污染。自旋-电荷电流转换归因于由于Rashba场导致的电子费米轮廓中的自旋-动量锁定所产生的逆Edelstein效应（IEE）。这两种技术的测量产生非常相似的IEE参数值，这是大于在以前的研究中的值拓扑绝缘体。
2017-10-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Gate-tunable Spin-Galvanic Effect in Graphene Topological insulator van der Waals Heterostructures at Room Temperature
物质拓扑态中独特的电子自旋织构对于新兴的自旋轨道驱动存储器和逻辑技术是有希望的。然而，有几个挑战与增强其性能，电栅极可调谐性，从平凡的体状态的干扰，和异质结构接口。我们通过将二维石墨烯与三维拓扑绝缘体（TI）集成在范德华异质结构中来解决这些挑战，以利用其显着的自旋电子学特性和工程师邻近诱导的自旋电荷转换现象。在这些异质结中，我们实验证明了在室温下的栅极可调自旋电流效应（SGE），允许有效地转换成横向电荷电流的非平衡自旋极化。通过自旋开关、自旋进动和磁化旋转实验对各种器件几何结构中的SGE进行系统测量，建立了Gr-TI异质结构中自旋-电荷转换的鲁棒性。重要的是，使用栅极电压，我们揭示了一个强大的电场可调性的幅度和符号的自旋电流信号。这些发现为利用TI和石墨烯异质结构实现全电和栅极可调自旋轨道技术提供了一条有效的途径，可以提高自旋电子电路的性能并降低功耗。
2020-08-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Topological Insulators, Topological Crystalline Insulators, Topological Semimetals and Topological Kondo Insulators
在本书第一章（特邀）中，我们简要回顾了定义拓扑绝缘体的基本概念，并着重阐述了揭示和建立其对称性保护（SPT）拓扑性质的关键实验结果。然后，我们提出了关键的实验结果，证明磁性，近藤绝缘，镜像手性或拓扑晶体秩序和超导性的自旋轨道拓扑绝缘体设置和如何这些新的（体绝缘）相的物质出现通过拓扑量子相变从布洛赫带绝缘体通过拓扑或狄拉克半金属在临界点。
2015-02-15 cond-mat.mes-hall
High-order topological insulators from high-dimensional Chern insulators
拓扑绝缘体是一种新的物质状态，它们有一个共同的功能：：它们的光谱带与非局部整数值指数相关，通常通过量子化的体现象和鲁棒的边界效应来表现。在这项工作中，我们证明了使用降维，高阶拓扑绝缘体的后代从一个手性半金属在更高的维度。具体来说，我们分析了祖先四维陈省身绝缘体的限制，它成为手征和二维二阶拓扑绝缘体的关系。相应地，量子化的电荷积累在角落的2D后代获得和相关的拓扑指数-第一和第二陈数-的祖先模型。我们的方法提供了高阶拓扑绝缘体和拓扑泵的边界状态之间的连接-后者是高维陈省身绝缘体的动态实现。
2019-11-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Higher-order topological insulators and semimetals on the breathing Kagome and pyrochlore lattices
$d$维中的二阶拓扑绝缘体是没有$d-1$维拓扑边界态但具有$d-2$维拓扑边界态的绝缘体。它是传统拓扑绝缘体概念的扩展。高阶拓扑绝缘体已经在正方形和立方晶格中进行了研究。在本文中，我们推广到呼吸Kagome和烧绿石晶格。首先，我们在呼吸Kagome晶格上构造了一个二阶拓扑绝缘体。三个拓扑边界状态出现在三角形的角上，在每个角上实现1/3的分数电荷。其次，我们在呼吸烧绿石晶格上构造了一个三阶拓扑绝缘体。四面体的四个角上出现四个拓扑边界态，每个角上有1/4分数电荷。这些高阶拓扑绝缘体的特征是量子化的极化，它构成了体拓扑指数。最后，我们研究了一个二阶拓扑半金属通过堆叠呼吸Kagome晶格。
2018-01-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Spintronics and spincaloritronics in topological insulators
我们研究拓扑绝缘体中的自旋电子学和自旋电子学。我们展示了二维拓扑绝缘体结和三维拓扑绝缘体与铁磁体耦合的自旋电子学效应。我们还研究了圆偏振光在拓扑绝缘体表面引起的自旋极化和两个拓扑绝缘体之间的结处的折射。对于自旋电子效应，我们给出了拓扑绝缘体中的横向磁热输运和热电输运。讨论了拓扑绝缘体的尺寸效应和拓扑绝缘体界面态的能带结构工程。
2013-01-23 cond-mat.mes-hall
Topological Order Parameters for Interacting Topological Insulators
我们提出了一个相互作用拓扑绝缘体的拓扑序参量，用相互作用系统的全格林函数表示。我们证明了它对于时反不变的拓扑绝缘体是精确量子化的，并且可以通过拓扑磁电效应进行实验测量。这个拓扑序参量可以应用于相互作用和无序系统，并用于确定它们的相图。
2010-12-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Reversible Modification of Rashba States in Topological Insulators at Room Temperature by Edge Functionalization
通过边缘功能化在室温下实现拓扑绝缘体中Rashba态的可逆调控
2025-07-09 cond-mat.mes-hall
Room-temperature perpendicular magnetization switching through giant spin-orbit torque from sputtered BixSe(1-x) topological insulator material
由具有大自旋-轨道耦合的材料产生的自旋-轨道力矩（SOT）为超低功率和快速基于磁性的存储和计算设备提供了一条道路。采用直流平面霍尔方法研究了磁控溅射BixSe（1-x）/CoFeB异质结中BixSe（1-x）薄膜的SOT。值得注意的是，自旋霍尔角（SHA）被发现高达18.83，这是有史以来在室温（RT）下报道的最大值。此外，已经观察到使用来自BixSe（1-x）的SOT的垂直CoFeB多层的切换，其中在双层系统中报道了最低的切换电流密度：2.3 * 105 A/cm 2。巨大的SHA，光滑的表面，易于在硅衬底上生长膜，在BixSe（1-x）膜上成功生长和切换垂直CoFeB多层为BixSe（1-x）拓扑绝缘体（TI）材料用作SOT中的自旋电流发生器开辟了道路。基于存储器和逻辑器件。
2017-03-10 cond-mat.mes-hall
Topological Crystalline Insulators and Topological Superconductors: From Concepts to Materials
本文综述了拓扑绝缘体以外的拓扑材料的最新研究进展，特别是拓扑晶体绝缘体和体相拓扑超导体。阐述了这些新拓扑材料的基本概念、模型哈密顿量和新颖的电子性质。的关键作用的对称性，其拓扑性质的基础上阐明。讨论了它们在材料实现中的关键问题。
2015-01-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
PT-symmetry enabled spin circular photogalvanic effect in antiferromagnetic insulators
从超快自旋电子学的观点来看，反铁磁体中的短时间尺度自旋动力学是一个很有吸引力的特性。然而，在室温下产生高度极化的自旋电流仍然是反铁磁体的一个基本挑战。提出了一种自旋圆光电流效应（spin-circular photocalvanic effect，spin-CPGE），即圆偏振光在室温下通过“类注入电流”机制在宇称时间（parity-time，PT）对称反铁磁（antiferromagnetic，AFM）绝缘体中产生自旋电流而不产生净电荷电流.我们证明了这种效果的第一性原理模拟双层CrI 3和室温AFM赤铁矿。我们的计算表明，自旋CPGE是显着的，并且自旋光电流的大小与铁电材料中广泛观察到的电荷光电流相当。有趣的是，这种自旋光电流对自旋轨道相互作用不敏感，而自旋轨道相互作用被认为是产生自旋电流的基本机制。鉴于光-物质相互作用的快速响应，大的能量尺度，以及对自旋-轨道相互作用的不敏感性，我们的工作有望在广泛的PT对称AFM材料中实现快速动态和温度鲁棒的纯自旋电流，包括弱相对论磁性绝缘体和拓扑轴子绝缘体。
2021-04-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Nontrivial surface topological physics from strong and weak topological insulators and superconductors
我们研究了强、弱拓扑绝缘体和超导体表面上的态，这些态都被对称破缺项带隙。众所周知，由磁性材料带隙的强3D拓扑绝缘体的表面具有半量子霍尔效应。此外，已知被电荷密度波带隙的弱3D拓扑绝缘体的表面表现出半量子自旋霍尔效应。为了将这些结果推广到所有的拓扑绝缘体和超导体的Altland-Zirnbauer对称类，我们利用Clifford代数的表示理论重新生成了这10个对称类的分类表，并构造了最小尺寸的Dirac哈密顿量.我们发现，如果表面维数和对称类具有$\mathbb{Z}$或$\mathbb{Z}_2$拓扑不变量，那么所得到的表面态与缺口对称破缺项可能有一个非平凡的拓扑相位。
2014-10-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Spin-pumping into surface states of topological insulator α-Sn, spin to charge conversion at room temperature
我们给出了拓扑绝缘体（TI）α-Sn元素的自旋泵入具有螺旋自旋极化的狄拉克锥将自旋电流转换为电荷电流的实验结果[1-3]。利用角分辨光电子能谱学（ARPES）首次证实了α-Sn（0 0 1）层表面覆盖Ag后仍存在Dirac锥。然后，我们表明，在室温下，从Fe通过Ag到α-Sn层的共振自旋泵浦诱导了一个横向电荷电流，该电流可以归因于逆Edelstein效应[4-5]。我们观察到的逆Edelstein效应长度[5-6]比Rashba界面[5-10]长得多，证明了TI在自旋电子器件中自旋和电荷之间转换的潜力。通过将我们的结果与时间分辨ARPES中TI自由表面态的弛豫时间数据进行比较，我们可以预测TI自旋电荷转换的最终潜力以及达到它的条件。
2015-09-09 cond-mat.mes-hall
Monolayer Topological Insulators: Silicene, Germanene and Stanene
本文报道了单层拓扑绝缘体的理论研究进展，包括硅烯、锗烯和锡烯，它们分别是硅、锗和锡的单层蜂窝结构。由于自旋轨道相互作用，它们表现出自然界中的量子自旋霍尔效应。通过施加垂直电场可以调节带隙，从而引起拓扑相变。我们还分析了一般蜂窝系统的拓扑性质以及拓扑绝缘体的分类。明确地确定了蜂窝体系中拓扑绝缘体和超导体的相图。我们还研究了拓扑电子学，包括拓扑场效应晶体管，拓扑基尔霍夫定律和拓扑自旋谷电子学。
2015-03-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Scattering of Electrons between Edge and Two-Dimensional States of a Two-Dimensional Topological Insulator and the Conductivity of the Topological Insulator Strip in a Metallic State
在二维能带的背景下，测定了二维拓扑绝缘体边缘态电子的寿命。它已被证明，在库仑杂质散射的情况下，这个时间可以显着大于二维电子的平均自由时间。结果，金属二维拓扑绝缘体带的导电性可以主要由边缘状态确定。
2019-04-30 cond-mat.mes-hall
Quantum transport in topological insulator hybrid structures -- A combination of topological insulator and superconductor
本文简要回顾了拓扑绝缘体的发展历史。然后，讨论了拓扑绝缘体-超导体混合结构中的电子输运实验，包括实验方法、物理性质和看似矛盾的观察结果。此外，还提出了一些新的拓扑绝缘体杂化结构。
2012-11-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Topological Insulators
本文回顾拓扑绝缘体的发现历史，阐述其Z2拓扑定义，并介绍扩展拓扑态、代表性材料、合成与实验验证方法，以及拓扑超导、马约拉纳零模和量子反常霍尔效应等衍生现象。
2023-07-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Hermitian chiral boundary states in non-Hermitian topological insulators
没有宇称时间对称性的非厄米系统的本征能一般是复数。在这里，我们证明了在一定条件下，不具有宇称时间对称性的高维（二维和三维）非厄米拓扑绝缘体的手征边界态可以是具有实本征能量的厄米边界态。我们的方法允许人们从非厄米的二维陈氏绝缘体和三维二阶拓扑绝缘体中分别构造厄米手征边缘态和铰链态。这样的埃尔米特手性边界通道具有完美的传输系数（量化值），并且对紊乱是鲁棒的。此外，非厄米拓扑绝缘体可以经历拓扑安德森绝缘体转变，从拓扑平凡的非厄米金属或绝缘体到具有有限无序的量子化传输系数的拓扑安德森绝缘体。
2021-12-16 cond-mat.mes-hall
Synthesizing Weyl semimetals in weak topological insulator and topological crystalline insulator multilayers
我们提出了一种不同的路线，时间反演不变Weyl半金属采用多层异质结构，包括普通的“平凡”绝缘体和非平凡绝缘体与\textit{pairs}的保护狄拉克锥的表面上。我们认为这两种情况下的弱拓扑绝缘体，表面狄拉克锥被钉扎到时间反演不变动量，和拓扑晶体绝缘体与unpinned表面狄拉克锥。对于这两种实现，我们解释现象学如何建议建设导致外尔半金属相的出现。我们进一步制定有效的低能量模型，我们证明了存在的半金属相与四个孤立的外尔点。最后，我们讨论了如何提出的设计可以实现实验与国家的最先进的技术。
2017-09-12 cond-mat.mes-hall
Algebraic and Geometric Mean Density of States in Topological Anderson Insulators
无序系统的代数平均态密度和几何平均态密度可以揭示电子局域化的性质。为了更好地理解二维无序拓扑相，我们计算了无序Bernevig-Hughes-Zhang模型的态密度。拓扑相位的特点是由一个完美的量子化的导电平台，进行螺旋边缘状态，在一个双端设置。在无序的存在下，拓扑相的主体是带绝缘体或安德森绝缘体。它们都可以保护边缘态不受后向散射的影响。根据代数平均态密度与几何平均态密度的比值，明确区分了拓扑相是拓扑带绝缘体还是拓扑Anderson绝缘体。计算表明，拓扑安德森绝缘体可以诱导从一个拓扑平凡的带绝缘体或拓扑非平凡的带绝缘体的无序。
2013-09-10 cond-mat.mes-hall
Z2 invariant protected bound states in topological insulators
本文给出了拓扑绝缘体中存在空穴或空位时的修正Dirac方程的精确解，证明了空位可以在拓扑绝缘体的带隙中引入束缚态.它们的产生是由于时间反转不变绝缘体的Z_2分类，因此也像量子自旋霍尔效应中的边缘态和三维拓扑绝缘体中的表面态一样受到拓扑保护。在拓扑绝缘体中，带隙束缚态与边缘态或表面态的共存表明，缺陷可能通过系统边界附近的附加束缚态影响拓扑绝缘体的输运性质.
2010-10-08 cond-mat.mes-hall
Axion Electrodynamics in Topological Insulators for beginners
讲义：介绍和讨论轴子电动力学的基础知识，并应用于计算位于普通绝缘体-拓扑绝缘体界面附近的电荷（或磁）产生的图像。
2022-12-02 cond-mat.mes-hall
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
Topological non-symmorphic crystalline insulators
在这项工作中，我们确定了一类新的Z2拓扑绝缘体保护的非对称晶体对称性，被称为“拓扑非对称晶体绝缘体”。我们构造了一个具有非对称空间群pmg的具体紧束缚模型，并通过计算拓扑表面态和定义Z2拓扑不变量来证实该模型的拓扑性质.基于投影表示理论，我们扩展我们的讨论，以其他非对称空间群，允许主机拓扑非对称晶体绝缘体。
2013-08-21 cond-mat.mes-hall
Hopf Insulators and Their Topologically Protected Surface States
三维（3D）拓扑绝缘体通常需要通过某些类型的对称性而不是假定的$U(1)$电荷守恒来保护。一个特殊的例外是霍普夫绝缘体，它是由整数霍普夫指数表征的3D拓扑绝缘体。为了证明Hopf绝缘体的存在性和物理相关性，我们构造了一类紧束缚模型哈密顿量，它实现了所有具有任意整数Hopf指数的Hopf绝缘体.这些霍普夫绝缘体相位拓扑保护的表面状态，我们数值证明了这些拓扑保护状态下的鲁棒性一般随机扰动没有任何对称性以外的$U(1)$电荷守恒是隐含在所有种类的拓扑绝缘体。
2013-11-18 cond-mat.mes-hall
Non-Hermitian non-Abelian topological insulators with $PT$ symmetry
研究了一类保持$PT$对称性的非厄米非阿贝尔拓扑绝缘体，其中非厄米项表示非互易跳跃。随着它的增加，在完全平带模型中发生了从实线带隙拓扑绝缘体到虚线带隙拓扑绝缘体的自发$PT$对称破缺跃迁。通过引入能带弯曲项，我们实现了两个相变，其中金属相出现在上述两个拓扑绝缘体相之间。本文讨论了非厄米非阿贝尔拓扑绝缘体的电路实现。我们发现，自发$PT$对称性破缺以及边缘态很好地观察到的阻抗共振。
2021-07-19 cond-mat.mes-hall
Transmission in graphene-topological insulator heterostructures
我们研究了三维时反不变拓扑绝缘体的拓扑表面态在石墨烯沉积于拓扑绝缘体表面时的散射。特别地，我们考虑了$_2$类拓扑绝缘体的（111）表面.我们提出了一个低能量模型的块状石墨烯-拓扑绝缘体异质结构，我们计算的传输概率在锯齿形和扶手椅边缘的沉积石墨烯，和通过石墨烯纳米势垒的电导，并表明其功能可以理解从反共振的传输概率。
2017-01-10 cond-mat.mes-hall
Topological Insulators,Weyl Semimetals and Topological Superconductors A Transport View
电子带根据其拓扑结构进行分类。我们计算了电子能带的连接和曲率，并表明物理性质是由拓扑不变量决定的，这相当于零模的存在。我们将这种方法应用于拓扑绝缘体和拓扑超导体。
2016-10-23 cond-mat.mes-hall
Monolithic InGaAs nanowire array lasers on silicon-on-insulator operating at room temperature
芯片级集成光源是广泛的光子学应用中的关键组件。III-V族半导体纳米线发射器由于其优异的材料特性、极其紧凑的尺寸以及直接在晶格失配的硅衬底上生长的能力而作为一种迷人的方法而受到关注。尽管纳米线发射器已经取得了显著的进展，但由于纳米线发射器与光子集成电路（PIC）集成的困难，其实际应用仍处于早期阶段。在这里，我们展示了第一次光泵III-V纳米线阵列激光器单片集成在绝缘体上硅（SOI）平台。纯单晶InGaAs/InGaP核/壳纳米线在SOI衬底上的选择性区域生长使纳米线阵列能够形成具有优异光学和结构特性的光子晶体纳米束腔，从而使激光器在室温下工作。我们还表明，纳米线阵列激光器有效地耦合SOI波导采用纳米外延预图案化的SOI平台上。这些结果为超紧凑和节能的光链路提供了一个新平台，并明确指出了实用和功能性纳米线激光器的方向。
2017-01-10 cond-mat.mes-hall physics.optics
Hybrid-order topological insulators in a phononic crystal
拓扑相，包括传统的一阶和高阶拓扑绝缘体和半金属，已经成为凝聚态物理和材料科学领域的一个热门话题。通常，一个拓扑绝缘体的特征在于一个固定的顺序拓扑不变量，并表现出相关的体边界对应。在这里，我们实现了一种新型的拓扑绝缘体的双层声子晶体，同时主机的一阶和二阶拓扑，这里称为混合阶拓扑绝缘体。一维无带隙螺旋边态和零维角态共存于同一系统中。这种新的混合阶拓扑相位可能在拓扑声学器件中产生新的应用。
2020-12-29 cond-mat.mes-hall
