Large Gap Topological Insulator Bi2Te3 with a Single Dirac Cone on the Surface
Y. L. Chen, J. G. Analytis, J. H. Chu, Z. K. Liu, S. K. Mo, X. L. Qi, H. J. Zhang, D. H. Lu, X. Dai, Z. Fang, S. C. Zhang, I. R. Fisher, Z. Hussain, Z. X. Shen
利用角分辨光电子能谱（ARPES）和输运测量研究了Bi $_2$ Te $_3$的表面态.通过扫描整个布里渊区（BZ），我们证明了表面态由一个以$Γ$点为中心的非简并狄拉克锥组成。此外，通过适当的空穴（Sn）掺杂来抵消来自空位和反位缺陷的本征n型掺杂，费米能级可以被调整为仅与表面态相交，指示体态的完整能隙，这与在传输性质中接近该掺杂的载流子符号变化一致。我们的实验结果第一次建立了Bi $_2$ Te $_3$是一个三维拓扑绝缘体的表面上的一个狄拉克锥，由最近的理论预测。
英文摘要：
We investigate the surface state of Bi$_2$Te$_3$ using angle resolved photoemission spectroscopy (ARPES) and transport measurements. By scanning over the entire Brillouin zone (BZ), we demonstrate that the surface state consists of a single non-degenerate Dirac cone centered at the $Γ$ point. Furthermore, with appropriate hole (Sn) doping to counteract intrinsic n-type doping from vacancy and anti-site defects, the Fermi level can be tuned to intersect only the surface states, indicating a full energy gap for the bulk states, consistent with a carrier sign change near this doping in transport properties. Our experimental results establish for the first time that Bi$_2$Te$_3$ is a three dimensional topological insulator with a single Dirac cone on the surface, as predicted by a recent theory.
Conetronics in 2D Metal-Organic Frameworks: Double Dirac Cones, Magnetic Half Dirac Cones and Quantum Anomalous Hall Effect
基于最近合成的Ni_3C_（12）S_（12）类二维金属有机骨架，我们预测了M_3C_（12）S_（12）和M_3C_（12）O_（12）的电子性质，其中M为Zn，Cd，Hg，Be，Mg，M轨道对费米能级附近的能带没有贡献.对于M3 C 12 S 12，它们的能带结构表现为具有不同费米速度的双狄拉克锥，分别为n型和p型，它们可以通过百分之几的应变进行切换。两个锥体的交叉被保护为非杂交，导致在2D节点线半金属中在相同的k点处的两个独立的通道，类似于自旋电子学中的自旋通道，使得conetronics器件成为可能。节点线环正好在它们的交叉点处，它们在费米能级处既是电子袋又是空穴袋，由于完美的n-p补偿，可以产生当磁场无限大时不会饱和的磁阻。对于M3 C12 O 12，连同共轭金属-三儿茶酚聚合物M3（HHTP）2，自旋极化慢狄拉克锥中心精确地钉扎在费米能级，使得系统仅在一个自旋或锥通道中传导。量子反常霍尔效应可以出现在具有不可忽略的自旋轨道耦合的MOFs中，如Cu_3C_（12）O_（12）。具有不同M的M3 C12 S12和M3 C12 O 12的化合物可用于构建自旋电子和锥选择异质结构器件，可通过应变或静电门控来调节。
拓扑绝缘体与普通绝缘体的区别在于它们的体绝缘间隙和奇数个表面态，这些表面态连接反向导带和价带，并在布里渊区的时间反演不变点处显示狄拉克锥。Bi基三维强拓扑绝缘体材料Bi $_2$ Se $_3$和Bi $_2$ Te $_2$由于其相对大的体隙而被称为高温拓扑绝缘体，并且在$Γ$点处具有一个简单的狄拉克锥。尽管它们具有清晰的表面态狄拉克锥特征，但被称为Kramers点的狄拉克点和拓扑输运区位于体价带最大值以下。由于狄拉克点的非孤立性，不能获得拓扑输运区，表面态和体态之间可能存在散射通道。在这篇文章中，我们表明，一个理想的和孤立的狄拉克锥是实现在一个平板的几何形状由Bi $_2$ Se $_3$与适当的取代表面Se原子。除了狄拉克锥工程的表面原子取代，我们还研究了铋$_2$硒$_3$薄膜的厚度和磁性的替代，这可以链接到自旋电子器件的应用。
Band Engineering of Dirac cones in Iron Chalcogenides
通过从头计算对铁硫属化合物Fe（Se，Te）进行能带工程，寻找拓扑表面态和Majorana束缚态的实现。提出的拓扑状态预计会发生非化学计量组成的表面狄拉克锥的问题，如无序散射和相关的电子状态之间的电荷转移必须得到解决。然而，这个表面狄拉克锥远高于费米能级。我们的目标是从理论上设计一种替代晶体，在这种晶体中，通过修改体材料而不干扰表面，使表面狄拉克锥向费米能级移动。超越传统的密度泛函理论（DFT），我们在混合基赝势框架下应用相干势近似（BEB-CPA）对Se位上的共取代进行了相空间扫描.我们已经确定碘作为一个有前途的候选人的内在掺杂。我们的具体建议是，FeSe $_{0.325}$ I $_{0.175}$ Te $_{0.5}$是一个非常有可能的候选人，在费米能量处显示出狄拉克锥，而不会引起强的无序散射。
Direct observation of decoupled Dirac states at the interface between topological and normal insulators
在拓扑绝缘体中的几种应用和奇异效应依赖于拓扑绝缘体和正常绝缘体之间界面处螺旋狄拉克态的存在。在本工作中，我们利用低能角分辨光电子能谱学对Si（111）衬底上生长的Bi $_2$ Se $_3$薄膜和Bi $_2$ Te $_3$ /Bi $_2$ Se $_3$异质结构的界面态进行了研究和表征。结果表明，狄拉克费米子确实存在于拓扑-正常-绝缘体边界，而不存在于拓扑-拓扑-绝缘体界面。此外，它表明，能带弯曲内存在的拓扑绝缘体膜导致的界面和表面态的能量的实质性分离。这些结果为进一步研究和实现拓扑绝缘体薄膜异质结构中的界面相关现象奠定了基础。
Ultrafast Energy- and Momentum-resolved Surface Dirac Photocurrents in the Topological Insulator Sb$_2$Te$_3$
利用时间分辨和角度分辨双光子光电子能谱结合偏振可变中红外脉冲激光，研究了拓扑绝缘体Sb $_2$ Te $_3$中表面Dirac光电流的能量-动量映射.它表明，从占据到未被占据的部分的表面Dirac锥的直接光学跃迁允许的线性和圆形的光电流效应，从而使我们能够相干控制的表面电流的激光偏振。此外，表面电流映射直接可视化狄拉克锥在时域中的超快电流动力学。我们分别揭示了非弹性散射和动量散射的超快带内弛豫动力学。我们的观测为拓扑绝缘体中表面狄拉克电子的相干光学控制铺平了道路。
Exotic Dirac Cones on the Band Structure of $α$-STF$_2$I$_3$ at Ambient Temperature and Pressure
准二维分子半金属导体$α$ I $_3$与$α$ I $_3$是同构的，后者具有独特的能带结构，在高压下表现为狄拉克锥的零带隙态，而前者的能带结构由于所有施主位的严重无序而一直难以捉摸.为了解释$α$ -STF $_2$ I $_3$的能带结构，提出了一种基于296 K和1 bar下观察到的原子参数的理论方法。结果表明，STF盐在常压和常温下都具有Dirac锥的能带结构，这将有助于进一步的实验研究.利用扩展的Hückel方法，我们证明了$α$ I $_3$的Dirac点关于时间反演不变动量（TRIM）对称排列.这种新颖的狄拉克锥，其中的导带和价带之间的能量差具有相当大的各向异性，澄清在TRIM的波函数的奇偶性。我们提出了目前的$α$ -STF $_2$ I $_3$的电导率测量，预计将显示出大的各向异性作为本狄拉克电子的特征。
Orbit- and Atom-Resolved Spin Textures of Intrinsic, Extrinsic and Hybridized Dirac Cone States
结合第一性原理计算和自旋及角分辨光电子能谱测量，我们确定了二维拓扑绝缘体Bi（111）双层和三维拓扑绝缘体Bi 2 Se 3或Bi 2 Te 3界面系统中三种不同Dirac锥态的螺旋自旋织构.发现Bi_2Se_3或Bi_2Te_3表面态的本征狄拉克锥、Rashba效应诱导的Bi双层态的外征狄拉克锥以及前两态之间的杂化狄拉克锥的自旋织构是相同的。进一步的轨道和原子分辨分析表明，s和pz轨道有一个顺时针（逆时针）自旋旋转与上（下）狄拉克锥的等能轮廓相切，而px和py轨道有一个额外的径向自旋分量。狄拉克锥态可能位于不同的原子层上，但具有相同的自旋纹理。我们的研究结果表明，狄拉克锥态的独特自旋织构是自旋轨道耦合的一个标志性性质，与拓扑结构无关。
Role of Velocity Field and Principal Axis of Tilted Dirac Cones in Effective Hamlitonan of Non-Coplanar Nodal Loop
本文研究了单组分分子导体[Pd（dddt）_2]中的节线，以理解非共面环上的倾斜狄拉克锥。在以前的工作[J。87，113701（2018）]，基于我们的第一原理能带结构计算，在节环上的相应狄拉克点处计算圆锥的速度，这是一种用2 x 2矩阵导出有效哈密顿量的新方法。然而，节线上的狄拉克锥仅在对称点处完全再现。在本文中，我们表明，我们的改进方法很好地再现了所有的狄拉克锥的合理行为和一个非常小的能量色散的6~meV之间的狄拉克点。利用导带和价带间能隙函数的主轴，给出了速度沿节线的变化。此外，使用这样的有效哈密顿量计算的状态密度接近的化学势和轨道磁化率。
Non-trivial spin-texture of the coaxial Dirac cones on the surface of topological crystalline insulator SnTe
本文采用第一性原理计算研究了拓扑晶体绝缘体SnTe的非平凡表面态及其自旋织构。[001]表面上的表面态色散呈现出四个Dirac-cone，中心位于镜面和表平面的相交处。我们提出了一个简单的模型，两个相互作用的同轴狄拉克锥来描述的表面态色散和相关的自旋纹理。虽然由于晶体和时间反转对称性，面外自旋极化为零，但由于两个同轴狄拉克锥的相互作用，面内自旋织构显示出螺旋性和一些扭曲，表明非平凡的镜像陈氏数为-2，不同于$Z_{2}$拓扑绝缘体（如Bi/Sb合金或Bi $_2$ Se $_3$）中的值-1。表面态色散和它的自旋织构将提供一种实验上可获得的方法来确定非平凡的镜像陈氏数。
