Ultrafast electron dynamics at the Dirac node of the topological insulator Sb$_2$Te$_3$
拓扑绝缘体是物质的一种新的量子态。它们的表面和界面作为一个拓扑边界，产生无质量的狄拉克费米子与自旋螺旋纹理。研究狄拉克点附近的费米子动力学对拓扑绝缘体自旋电子器件的未来发展至关重要。然而，迄今为止的研究一直是不令人满意的，因为大量的重叠与体价带和缺乏一个完全未被占用的狄拉克点（DP）。在这里，我们探索表面狄拉克费米子动力学的TI Sb $_2$ Te $_3$的时间和角度分辨光电子能谱（TRARPES）。Sb $_2$ Te $_3$具有完全位于费米能（$E_F$）之上的DP，具有带隙内DP。上狄拉克锥中的受激电子比狄拉克点以下的受激电子停留更长的时间，以形成反转的布居。这归因于DP附近的态密度（DOS）降低。
2015-07-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Observation of three-dimensional Dirac semimetal state in topological insulator Bi2Se3
预测了三维拓扑绝缘体在拓扑到平凡相变的临界区域中表现出三维Dirac半金属态。在这里，我们展示了第一个实验证据的三维狄拉克半金属态的拓扑绝缘体Bi 2 Se 3与体载流子浓度为~ 10 ^19 cm^{-3}，使用磁输运测量。在低温下，我们的Bi 2Se 3晶体的电阻率表现出明显的Shubnikov-de Haas（SdH）振荡高于6 T。通过Lifshitz-Onsanger和Lifshitz-Kosevich理论对这些振荡的分析揭示了来自3D能带的非平凡π Berry相位，这是3D Dirac半金属态的决定性特征。我们的晶体中的Dingle温度和自然硒空位的大值表明，所观察到的3D狄拉克半金属态是增强的应变场和较弱的有效自旋轨道耦合的结果。
2015-04-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Graphene-like Dirac states and Quantum Spin Hall Insulators in the square-octagonal MX2 (M=Mo, W; X=S, Se, Te) Isomers
我们研究了过渡金属二硫属化物MX $_2$（$M$ =Mo，W; $X$ =S，Se，Te）的正六方晶格，作为MX $_2$正六方化合物的异构体。通过能带结构的计算，我们观察到了具有非对称空间群对称性的MX $_2$矩形晶格中的类石墨烯Dirac能带结构。范霍夫奇点的两个带在费米能级处相交，导致两个动量相反的狄拉克锥。自旋轨道耦合可以在这些狄拉克点打开一个非平凡的能隙，并诱导量子自旋霍尔（QSH）相，二维拓扑绝缘体。在这里，正方形-八边形MX $_2$结构实现了过渡金属二硫属化物中有趣的石墨烯物理，如狄拉克带和QSH效应。
2015-03-29 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
Dirac point spectral weight suppression and surface "gaps" in nonmagnetic and magnetic topological insulators
理论预测，当时间反演对称性被面外磁化破坏时，拓扑绝缘体表面的电子可以通过在狄拉克点打开能隙而获得质量（质量狄拉克费米子）.我们报道了一系列拓扑绝缘体材料的光电子能谱研究，重点是狄拉克节点附近的光谱行为。我们的研究结果表明，光谱强度被抑制，导致在材料中的“间隙”的功能，或没有任何磁性杂质或掺杂。磁掺杂样品中的塞曼间隙，预计是相当小的，很可能被掩盖的非磁性强光谱重量抑制涉及一个大的能量尺度，我们报告。因此，在狄拉克节点周围观察到的光发射光谱权重抑制不能作为时间反演对称性破缺磁隙的唯一证据。我们讨论了一些可能的外在和运动学的狄拉克点谱重抑制（“间隙”）在许多常用的拓扑材料中观察到的起源。
2012-12-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
New topological surface state in layered topological insulators: unoccupied Dirac cone
用密度泛函理论研究了拓扑绝缘体Bi_2Se_3、PbSb_2Te_4和Pb_2Bi_2Te_2S_3中的未占态.结果表明，在这些绝缘体（0001）表面布里渊区中心的反向导带能隙中出现了线性色散的表面态。Z_2不变量的另一种表达式使我们能够证明第二个Gamma Dirac锥存在的一个必要条件是在体谱的时反不变动量点处存在局域能隙，并且其中一个点的宇称发生了变化。
2013-03-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Topological nonsymmorphic insulator versus Dirac semimetal in KZnBi
本文通过多种密度泛函计算揭示KZnBi中交换关联泛函强度决定其拓扑态，证明强XC效应是实现狄拉克半金属态的关键。
2023-12-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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。
2013-04-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Topological Anderson insulator phase in a Dirac-semimetal thin film
最近发现的拓扑狄拉克半金属代表了一种新的奇异的量子态的物质。拓扑狄拉克半金属可以被看作是石墨烯的三维类似物，其中狄拉克节点受到晶体对称性的保护。研究发现量子限制效应可以使狄拉克节点空出来，使狄拉克半金属转变为带绝缘体。根据薄膜的厚度，带绝缘体可以是普通绝缘体，也可以是量子自旋霍尔绝缘体。本文研究了Dirac半金属薄膜中的无序效应。研究发现，在狄拉克半金属薄膜中，适度的安德森无序强度可以驱动从正常带绝缘体到拓扑安德森绝缘体的拓扑相变。基于Dirac半金属Na $_{3}$ Bi模型参数的数值计算表明，在拓扑Anderson绝缘体相中，带绝缘体的体隙中出现了量子化电导平台，局域电流分布进一步证实了量子化电导平台是由无序诱导的螺旋边缘态产生的.最后，采用基于玻恩近似的有效介质理论对数值结果进行了拟合.
2017-05-24 cond-mat.mes-hall
From Multiple Nodal Chain to Dirac/Weyl Semimetal and Topological Insulator in Ternary Hexagonal Materials
狄拉克半金属（DSM）的主机四重简并孤立带交叉点与线性色散，周围的准粒子类似于相对论狄拉克费米子。它可以用一个4 * 4无质量的狄拉克哈密顿量来描述，这个哈密顿量可以分解成一对外尔点或一个绝缘体。因此，晶体对称性是保证稳定存在的关键。相反，通过破坏晶体对称性，DSM可以转变为外尔半金属（WSM）或拓扑绝缘体（TI）。本文以六方结构的LiAuSe为例，发现在不存在自旋轨道耦合（SOC）的情况下，它是一种星形多节链状半金属。在SOC存在时，它自然是理想的DSM，Dirac点正好位于费米能级，通过引入塞曼外场或磁性掺杂稀土Sm，它将转变为WSM相。它也可以通过破坏旋转对称性转变为TI态。我们的研究表明，DSM是拓扑相变的临界点，这一结论适用于大多数DSM材料，而不仅限于六方晶系材料LiAuSe。
2017-12-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Topological Insulator to Dirac Semimetal Transition Driven by Sign Change of Spin-Orbit Coupling in Thallium Nitride
基于第一性原理计算，我们发现TlN是一种具有有效负自旋轨道耦合$λ_{eff} < 0$的三维拓扑绝缘体，其表面态具有相反的自旋动量锁定效应. $λ_{eff}$的符号取决于N- $2p$和Tl- $5d$态之间的杂化，并且可以通过晶格应变或化学取代从负到正进行调谐，从而驱动系统成为在其体态具有3D狄拉克锥的狄拉克半金属。这种拓扑相变可以在不破坏任何晶体对称性的情况下通过电子机制实现。
2014-09-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Single Dirac-cone on the Cs-covered topological insulator surface Sb2Te3(0001)
利用角分辨光电子能谱学研究了三维拓扑绝缘体（TI）Sb_2 Te_3（0001）的表面电子结构。我们的数据表明，在体能隙中存在一个拓扑表面态，其Dirac点位于费米能级之上。Cs原子在Sb_2 Te_3（0001）上的吸附引起电子价带态的向下能量移动，其饱和值为~200 meV。对于饱和覆盖度，线性色散表面态的Dirac点位于费米能级附近。因此，电子结构的Cs/Sb 2 Te 3接口相当大地偏离先前研究的金属TI接口的基础上的同构化合物Bi 2Se 3的原子组成的重要性，在这些异质系统。
2012-09-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Quasiparticle Dynamics in Reshaped Helical Dirac Cone of Topological Insulators
拓扑绝缘体（TI）和石墨烯是两类独特的材料，它们分别具有自旋极化（螺旋）和非极化的Dirac-cone能带结构。多体相互作用对石墨烯中Dirac点附近线性能带的重正化作用的重要性已被广泛认识并引起了人们的关注。然而，螺旋狄拉克点的重整化尚未观察到在TI。在这里，我们报告的重正化准粒子光谱的实验观察与一个歪斜的狄拉克锥在一个单一的Bi双层生长在Bi 2 Te 3衬底上，从角分辨光电子能谱。第一性原理能带计算表明，准粒子谱可能与Bi双层膜的非本征衬底诱导狄拉克态和Bi_2 Te_3膜的本征表面狄拉克态在能量接近处的杂化有关.没有这样的杂交，只有单粒子狄拉克光谱观察到在一个单一的Bi双层生长在Bi 2Se 3，其中的非本征狄拉克态Bi双层和Bi 2Se 3的本征狄拉克态是很好地分离的能量。多体相互作用的可能起源进行了讨论。我们的研究结果提供了一种手段来操纵拓扑表面状态。
2013-02-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Observation of a Topological Insulator Dirac Cone Reshaped by Non-magnetic Impurity Resonance
在拓扑绝缘体表面发现的无质量狄拉克电子被认为受弱的非磁性无序的影响很小。然而，理论上预测强扰动非磁性杂质的共振效应会改变低能准粒子的色散和物理性质，导致缺乏微观平移对称性的独特粒子状状态。在这里，我们报告的直接观察的杂质重塑模型3D拓扑绝缘体Bi2Se 3的表面狄拉克锥。对于第一次，一个明显的扭结状分散功能中观察到的无序富集的样品，并发现密切相关的异常所造成的杂质共振的表面状态的态密度，观察到的二向色角分辨光电子能谱（ARPES）。这些功能，这非常类似于理论预测的实验观察，具有显着的影响，拓扑狄拉克锥在应用场景中，通常在表面或界面的功能点缺陷无序的属性。
2018-04-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Dirac points merging and wandering in a model Chern insulator
本文提出含复数近邻跃迁与子晶格势的正方晶格 Chern 绝缘体模型，揭示可移动、合并和分裂的 Dirac 点及特殊拓扑相变线，并指出其可在光学晶格中实验模拟。
2018-09-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Valleytronics on the Surface of Topological Crystalline Insulator: Elliptic Dichroism and Valley-Selective Optical Pumping
拓扑晶体绝缘体（TCI）表面的低能理论的特征在于四个狄拉克锥在$x$和$y$方向上各向异性。最近的实验表明，可以通过对晶体结构施加应变而使晶体变形，从而在这些狄拉克锥中引入带隙。TCI曲面为我们研究Dirac锥带隙时的谷电子学提供了一条新的途径。事实上，该系统有陈数和三个valley-Chern数。我们研究了TCI表面的光吸收。虽然四个狄拉克锥具有相同的手征，但它仍表现出很强的椭圆二色性。也就是说，我们发现，由于狄拉克锥的各向异性，右和左偏振光的折射率是不同的，这取决于质量的符号和狄拉克锥的位置。通过测量这种椭圆二向色性，就有可能用实验来确定狄拉克锥的各向异性。
2014-05-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
A Dirac-fermion approach and its application to design high Chern numbers in magnetic topological insulator multilayers
本文提出一种Dirac-fermion方法，用于理解和设计层状磁性拓扑绝缘体多层膜中的高陈数，并成功解释了MnBi$_{2}$Te$_{4}$薄膜和特定多层膜中的高陈数及拓扑相变，为设计高陈数QAH态提供了有力工具。
2023-01-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
One-dimensional channel for Dirac electrons in a 3D topological insulator
拓扑绝缘体代表了一种新的物质状态，其中体能带的拓扑性质决定了具有独特性质的表面态的存在。这些材料被预测为主机异国情调的状态，如马约拉纳费米子和1D手征模式，其中许多需要一个微妙的调谐狄拉克点附近的表面状态的属性。利用扫描隧道显微镜（STM）对典型的拓扑绝缘体Bi 2 Te 3进行了研究，发现了一维拓扑条纹，这种条纹可以引起电子结构的空间调制变化。直接磁场测量揭示了朗道能级能量的条纹图案，其可用于实现具有交替填充分数的空间区域。当化学势被适当调节时，观察到的调制将指示在条纹之间的边界处存在拓扑1D手性模式，并为在拓扑绝缘体中实验实现1D无耗散量子线提供平台。我们的发现，表面态色散调制纳米尺度上的内在地形路线代表了一个新的范例控制狄拉克电子的性质。
2012-05-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Dirac-screening stabilized surface-state transport in a topological insulator
我们报告的门控应变碲化汞器件的磁输运研究。这种材料是一种三维拓扑绝缘体，并且只表现出表面态输运。值得注意的是，朗道能级色散和霍尔量子化的精度在很宽的密度范围内保持不变（$3 \times 10^{11} cm^{-2} < n < 1 \times 10^{12} cm^{-2}$）。这意味着，即使在大的载流子密度的运输是表面状态为主，其中散装运输预计已经共存。此外，密度依赖性的狄拉克型量子霍尔效应允许识别的贡献，从各个表面。一个$k \cdot p$模型可以描述的实验，但只有当假设一个陡峭的带弯曲的区域，其中包含的拓扑表面状态。这种陡峭的电势源于狄拉克系统的特定屏蔽特性，并导致栅极电压影响狄拉克点的位置，而不是费米能级的位置。
2014-07-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Massive Dirac fermions and spin physics in an ultrathin film of topological insulator
本文研究了薄膜拓扑绝缘体体能隙中表面态的输运和光学性质。当薄膜厚度与表面态衰减长度相当时，上下表面之间的隧穿打开了一个能隙，形成两个简并的大质量狄拉克双曲线.自旋相关的物理出现在表面带，这是大大不同于体行为。这些包括表面自旋霍尔效应，自旋相关的轨道磁矩，和自旋相关的光学跃迁选择规则，允许光学自旋注入。当改变薄膜的厚度时，我们发现了一个拓扑量子相变，其中表面能带的陈数发生变化。
2010-02-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Large gap quantum spin Hall insulator, massless Dirac fermions and bilayer graphene analogue in InAs/Ga(In)Sb heterostructures
量子自旋霍尔绝缘体（QSHI）态已经在两个半导体系统- HgTe/CdTe量子阱（QWs）和InAs/GaSb量子阱双层中得到证实。与HgTe/CdTe量子阱不同，InAs/GaSb量子阱双层结构的反向带隙在布里渊区的$Γ$点处不开放，从而阻止了无质量狄拉克费米子的实现。在这里，我们提出了一类新的半导体系统的基础上InAs/Ga（In）Sb多层膜，托管QSHI状态，石墨烯类相和双层石墨烯类似物，这取决于它们的层厚度和几何形状。QSHI间隙在新的结构可以达到60 meV的现实设计和参数。该值是室温下热能的两倍，显著扩展了基于III-V族晶闸管的拓扑器件的应用潜力。
2017-10-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Type-II Dirac fermions in the PtSe$_2$ class of transition metal dichalcogenides
最近，在电子和空穴在孤立的外尔点接触的物质新相中发现了一种新的“II型”外尔费米子，它表现出奇异的现象，如角相关的手征异常。[Nature \textbf{527}，495（2015）]这提出了一个有趣的问题，即它的对应物，第二类\textit{Dirac}费米子，存在于实际材料中。在这里，我们预测的存在下，在一类过渡金属二硫属化物材料的双保护的II型狄拉克费米子。我们对PtSe $_2$的第一性原理计算揭示了它的体II型狄拉克费米子，它具有强烈倾斜的狄拉克锥、新颖的表面态和奇异的掺杂驱动的Lifshitz跃迁.结果表明，$_2$型材料中第二类狄拉克费米子的存在与其结构的$P\bar{3}m1$对称性密切相关，这为第二类狄拉克费米子的实验实现提供了有益的指导，并提供了不同于已知标准狄拉克费米子的有趣物理性质.
2016-09-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Dirac surface states in magnonic analogs of topological crystalline insulators
我们提出了具有狄拉克表面态的拓扑晶体绝缘体的磁振子类似物的时间反演和半平移的组合对称性的保护。通过建立拓扑磁振子系统的模型，我们证明了由于狄拉克表面态的自旋-动量锁定，系统中的能流响应于电场而流动。我们还提出了一个实现的磁振子类似物的拓扑晶体绝缘体的磁性化合物CrI $_{3}$与单斜结构。
2021-09-18 cond-mat.mes-hall
One-dimensional Dirac electrons on the surface of weak topological insulators
我们证明了一类弱三维拓扑绝缘体的表面具有一维Dirac电子。它们的标志是沿着表面布里渊区的某些方向的线状能量色散。这些一维狄拉克线简并在拓扑上受到对称性的保护，我们称之为面内时间反演不变性。我们展示了这种不变性如何导致狄拉克线堆叠凯恩-梅勒系统和更一般的弱三维拓扑绝缘体模型的表面光谱。
2015-02-15 cond-mat.mes-hall
Quantum Hall effect of Dirac fermions on the surface of a topological insulator
研究了强拓扑绝缘相的Wilson-Dirac型拓扑绝缘体薄膜表面Dirac费米子的量子霍尔效应。虽然磁场破坏了体的时间反演对称性，但即使在强场状态下，表面态也可以存活。我们研究如何朗道水平的表面态的对称性破缺微扰的影响。
2017-03-07 cond-mat.mes-hall
Heavy Dirac fermions in a graphene/topological insulator hetero-junction
石墨烯和三维拓扑绝缘体表面态的低能物理都是用具有线性色散的无隙狄拉克费米子来描述的。在这项工作中，我们预测了一个“重”狄拉克费米子出现在石墨烯/拓扑绝缘体异质结，其中的线性项几乎消失，相应的能量色散变得高度非线性。通过结合{ \it ab initio}计算和一个有效的低能模型，我们明确地显示了如何在石墨烯和拓扑绝缘体的表面态之间的狄拉克费米子的强杂化可以降低狄拉克费米子的费米速度。由于线性项可以忽略不计，相互作用效应将大大增强，并可以驱动“重”狄拉克费米子态到具有非零霍尔电导的半量子霍尔态。
2016-02-29 cond-mat.mes-hall
Topological insulator and the Dirac equation
本文从Dirac方程的角度给出了拓扑绝缘体的一般描述。狄拉克方程的Z_{2}指数总是零，因此狄拉克方程是拓扑平凡的。在引入动量的二次B项以修正狄拉克方程的质量项m或带隙后，将Z_{2}指数修正为：当mB>0时为1，当mB<0时为0。对于固定的B，当质量m的符号改变时，存在从拓扑平凡系统到非平凡系统的拓扑量子相变。得到了修正的Dirac方程在边界附近的一系列解，这是拓扑绝缘体的特征。从束缚态的解和Z_{2}指数，我们建立了狄拉克方程和拓扑绝缘体之间的关系。
2012-06-19 cond-mat.mes-hall
Unified description of Dirac electrons on a curved surface of topological insulators
由无质量狄拉克方程描述的受保护表面态的存在性是拓扑绝缘体的定义性质。虽然这一说法可以明确地验证一个理想化的平面，它仍然有待解决的程度，它可以是一般的。在曲面上，表面狄拉克方程被自旋联系项修正。本文从微分几何的角度出发，给出了从体拓扑绝缘体的哈密顿量出发构造表面Dirac方程的一般框架。得到的统一描述阐明了自旋联系的物理意义。
2013-06-17 cond-mat.mes-hall
Topological invariants for three dimensional Dirac semimetals and four dimensional topological rotational insulators
狄拉克半金属是一类由某些类型的晶体对称性保护的半金属相，其低能有效哈密顿量由三维（3D）狄拉克方程描述。尽管有各种理论研究，但描述狄拉克半金属拓扑性质的理论尚未完全建立。在这篇工作中，我们通过在四维（4D）中建立3D Dirac半金属和拓扑晶体绝缘体之间的映射，定义了3D Dirac半金属的拓扑不变量。我们证明了这一计划，通过构建一个紧束缚模型的4D拓扑晶体绝缘体的旋转对称性的保护。一种新的拓扑不变量，“旋转陈数”，被证明是该系统的拓扑特征。作为旋转陈数的结果，在这个4D系统的3D表面上发现了无间隙的狄拉克点。对于具有两个表面的平板，我们发现相应的两个表面态的低能有效理论可以直接映射到3D Dirac半金属的低能有效理论，这表明3D Dirac半金属的拓扑性质可以用4D中定义的转动Chern数来表征.我们的方案提供了一个新的系统的方法来提取拓扑半金属相的拓扑性质。
2016-05-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Superluminal Tachyonlike Excitations of Dirac Fermions in a Topological Insulator Junction
我们考虑了两个拓扑绝缘体的系统，并确定了结处表面态的性质。在这里，我们报告说，这些国家，在一定条件下表现出超光（快子）的狄拉克费米子色散。虽然超光速激发已知存在于光学系统中，但这是第一次在纯电子系统中展示可能的快子激发。因此，快子的第一个特征可以在拓扑绝缘体结中通过实验发现。
2012-03-26 cond-mat.mes-hall
New quantum critical points of $j=3/2$ Dirac electrons in antiperovskite topological crystalline insulators
我们研究了具有$O_h$对称性的立方晶体中$j=3/2$ Dirac电子的长程库仑相互作用的效应，它是反钙钛矿拓扑晶体绝缘体的有效模型.重整化群分析揭示了三个不动点，它们是洛伦兹不变量、旋转不变量和$O_h$不变量。其中，Lorentz-和$O_h$ -不变不动点在低能极限是稳定的，而旋转不变不动点是不稳定的。有限速度各向异性狄拉克费米子的稳定$O_h$不变不动点的存在性是固体中突现洛伦兹不变性的一个有趣的反例。
2016-06-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Dirac-Electrons-Mediated Magnetic Proximity Effect in Topological Insulator / Magnetic Insulator Heterostructures
在拓扑绝缘体/磁性绝缘体异质结构中实现无耗散手征边缘电流的可能性是基于界面处的磁性邻近交换耦合由拓扑绝缘体的狄拉克表面态支配的条件。本文报道了用极化中子反射计观察到的体绝缘拓扑绝缘体（Bi $_{0.2}$ Sb $_{0.8}$）$_{2}$ Te $_{3}$ /磁性绝缘体EuS异质结构中的狄拉克电子介导的磁邻近效应。我们能够通过施加电背栅来将拓扑绝缘体的费米能级调谐到接近电荷中性点来最大化邻近感生磁性。基于抗磁屏蔽的唯象模型被发展来解释在高载流子密度下被抑制的邻近感生磁性。我们的工作为利用拓扑绝缘体/磁性绝缘体异质界面的磁邻近效应进行低功率自旋电子学应用铺平了道路。
2017-06-02 cond-mat.mes-hall
Stability of surface states of weak $\mathbb{Z}_2$ topological insulators and superconductors
我们研究了弱$\mathbb{Z}_2$拓扑绝缘体（超导体）的表面态的无序的稳定性，这些拓扑绝缘体是强$\mathbb{Z}_2$拓扑绝缘体（超导体）的堆栈，考虑在各种空间维度的Altland-Zirnbauer对称类中的代表性狄拉克哈密顿。我们表明，在没有无序，表面狄拉克费米子弱$\mathbb{Z}_2$拓扑绝缘体（超导体）可以缺口出的狄拉克质量项耦合表面狄拉克锥，并导致打破了平移对称性（二聚化）。二聚化质量是表面狄拉克哈密顿量中唯一的狄拉克质量项，并且在狄拉克质量的符号上不同的两个二聚化带隙相由$\mathbb{Z}_2$指数区分。换句话说，二聚表面可以被视为强$\mathbb{Z}_2$拓扑绝缘体（超导体）。我们认为当狄拉克质量项的系综平均值为零时，表面态不被无序局域化。
2014-01-20 cond-mat.mes-hall
Non-Abelian braiding of Dirac fermionic modes using topological corner states in higher-order topological insulator
数值计算表明，高阶拓扑绝缘体角上的拓扑角态具有非阿贝尔编织特性。这种拓扑角态是狄拉克费米子模，而不是马约拉纳零模。我们声称，狄拉克费米子模保护的非平凡拓扑也支持非阿贝尔编织。基于涡旋诱导的狄拉克型费米子模，对这种非阿贝尔编织进行了解析描述。狄拉克费米子模式的辫子算子也解析推导和比较马约拉纳零模式。在实验上，提出了狄拉克费米子模的非阿贝尔编织操作，并通过拓扑电路得到了验证。
2020-01-02 cond-mat.mes-hall
Low-velocity anisotropic Dirac fermions on the side surface of topological insulators
我们报道了拓扑绝缘体Bi $_2$ Se $_3$的各向异性Dirac-cone表面能带.我们发现侧面狄拉克锥中的电子速度比（111）面狄拉克锥中的电子速度各向异性地降低，并且除了在高对称性方向上的{\bf k}外，电子速度与波矢{ \bf k}不平行.电子自旋的大小取决于{ \bf k}的方向，这是由于电子态的非共线性的各向异性变化。提出了侧面狄拉克费米子的低能有效哈密顿量，并给出了它的含义，包括在不同表面相交的拓扑绝缘体边缘发生的折射输运现象.
2011-01-10 cond-mat.mes-hall
Topological Valley Transport of Gapped Dirac Magnons in Bilayer Ferromagnetic Insulators
双层海森堡铁磁绝缘体保持与六边形布里渊区的两个相对谷相关联的简并太赫兹狄拉克磁振子模式。我们表明，这种能量简并可以通过破坏反演对称性（I），导致拓扑磁振子谷电流。我们进一步表明，该电流导致谷塞贝克效应的磁振子，从而可检测。我们在双层CrBr 3的具体例子中进行计算，其中我可以通过静电掺杂来打破。
2020-08-22 cond-mat.mes-hall
Reflectionless Transport of Surface Dirac Fermions on Topological Insulators with Induced Ferromagnetic Domain Walls
研究了三维拓扑绝缘体上表面狄拉克费米子的性质。我们提出了一个精确的分析处理的频谱，束缚态和畴壁电阻的扩展通用畴壁与面内和面外磁化。在后一种情况下，我们发现振荡的畴壁电阻作为壁的宽度和一定的宽度的反射的所有传入的动量完全没有的函数。令人惊讶的振荡和无反射电位的发生可能与表面狄拉克哈密顿量的超对称性结合畴壁轮廓。
2012-07-18 cond-mat.mes-hall
Three-dimensional Models of Topological Insulator Films: Dirac Cone Engineering and Spin Texture Robustness
我们设计了拓扑绝缘体薄膜的三维模型，显示了由边界处的原子尺度几何驱动的相对表面上的奇数个狄拉克锥的可调谐性。这使得能够在$Γ$点处产生单个狄拉克锥，以及当相对表面在几何上不同时，可能抑制相对表面处的狄拉克态之间的量子隧穿（和间隙形成）。表面态的自旋织构被发现从自旋动量锁定对称性的一个渐进的损失，在引入体无序，相关的渗透的边界状态内的散装表面自旋极化的变化。这些发现说明了丰富的狄拉克物理出现在薄膜的拓扑绝缘体，并可能证明工程狄拉克锥和量化的超净表面的材料中的体无序有用。
2012-10-24 cond-mat.mes-hall
Quantum confinement of the Dirac surface states in topological-insulator nanowires
三维（3D）拓扑绝缘体（TI）的非平凡拓扑决定了无隙狄拉克表面态的出现。有趣的是，当将3D TI制成纳米线时，由于量子限制，在狄拉克点处打开了一个间隙，导致了奇特的狄拉克子能带结构。该间隙可用于，例如，基于TI的未来马约拉纳量子比特。此外，这些狄拉克子带可以由磁通量操纵，并且是产生稳定的马约拉纳零模（MZM）的理想平台，其在拓扑量子计算中起关键作用。然而，到目前为止，还没有直接的证据，在TI纳米线的狄拉克子带。在这里，我们表明，通过生长非常薄（$\sim$ 40 nm直径）的体绝缘拓扑绝缘体（Bi $_{1-x}$ Sb $_x$）$_2$ Te $_3$的纳米线，并通过调整其化学势的狄拉克点与门控，可以明确地识别狄拉克子能带结构。具体而言，栅极可调四端器件上测得的电阻被发现呈现非等距峰作为栅极电压的函数，我们理论上证明这是量子限制狄拉克表面态的独特签名。这些TI纳米线开辟了解决拓扑介观物理学的道路，并最终通过$s$波超导体接近时的马约拉纳物理学。
2019-10-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Plasmonics in Dirac systems: from graphene to topological insulators
本文综述了石墨烯等狄拉克体系等离子体激元学的最新研究进展，并对标准模型和技术作了全面介绍。特别是，我们通过流体动力学方程和随机相位近似讨论了单层和双层石墨烯的内禀等离子体激元激发，但也评论了双层和多层结构。此外，我们解决狄拉克系统的延迟限制，也与大自旋轨道耦合，包括拓扑绝缘体。最后在附录中总结了电荷、电流和光子线性响应函数的基本性质。
2014-03-07 cond-mat.mes-hall
Gapped energy spectra around the Dirac node at the surface of a 3D topological insulator in the presence of the time-reversal symmetry
讨论了三维拓扑绝缘体表面狄拉克节点附近的激发谱。通过图解展开，我们证明了在杂质散射存在下电子与规范场的耦合在狄拉克节点周围打开了一个能隙。这一结果与T. Sato，et. al. [ Nature Phys. \textbf{7}，840（2011）]。我们还讨论了在时间反演对称性存在下，本结果与拓扑绝缘体的体-边界对应之间的一致性。该结论适用于任何二维无质量费米子。
2013-01-04 cond-mat.mes-hall
Metal-insulator transition and tunable Dirac-cone surface state in the topological insulator TlBi1-xSbxTe2 studied by angle-resolved photoemission
本文报道了拓扑绝缘体（TI）TlBi_（1-x）Sb_xTe_2的角分辨光电子能谱。TI_（1-x）Sb_xTe_2在0.5我们发现这种转变的特征是随着x的增加系统的空穴掺杂，这导致体导带和价带分别在x~ 0和x~1处的费米能级交叉。拓扑表面态的狄拉克点逐渐与价带边缘分离，伴随着狄拉克载流子的符号反转。我们还发现，狄拉克速度是已知的固体溶液TI系统中最大的。因此，TlBi 1-xSbxTe 2系统为TI的Dirac-cone工程和器件应用提供了一个出色的平台。
2016-06-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Gapless interface states between topological insulators with opposite Dirac velocities
拓扑绝缘体表面上的狄拉克锥表现出类似于光学的线性色散，其速度依赖于材料。我们考虑两个不同速度的拓扑绝缘体的结，并计算其反射率和透射率。我们发现它们反映了螺旋表面态的无背散射性质。当两个速度具有相反的符号时，当保持垂直于结的镜面对称性时，垂直入射的透射和反射都被禁止。在这种情况下，我们证明了在两个拓扑绝缘体之间的界面处必然存在无隙态。它们的存在受到镜像对称性的保护，并且它们具有取决于系统对称性的特征色散。
2011-10-17 cond-mat.mes-hall
Realization of an isolated Dirac node and strongly modulated Spin Texture in the topological insulator Bi2Te3
拓扑绝缘体的自旋为基础的应用的发展需要的知识和理解的自旋纹理配置地图，因为它们通过在一个孤立的狄拉克节点附近的门控改变。然而，一个孤立的（类似石墨烯的）狄拉克节点并不存在于Bi2Te3中。虽然通过传输通道的表面状态的隔离已有望实现Bi2Te3，它是不知道如何自旋纹理调制，而门控的表面。Bi2Te3的另一个缺点是它具有多个能带交叉，而化学势被放置在狄拉克节点附近（至少3个，而不是Bi2Se 3和许多其他拓扑绝缘体中的一个），并且其掩埋的狄拉克点对于下一代实验来说是不可实验接近的，下一代实验需要在隔离的（类石墨烯）狄拉克节点附近调谐化学势。在这里，我们的图像的自旋纹理的Bi2Te3，并建议一个简单的修改，以实现一个非常寻求孤立的狄拉克节点制度的关键，几乎所有潜在的应用（拓扑性质）的Bi2Te3。最后，我们展示了载体控制磁性和非磁性掺杂Bi2Te3实现巨磁光效应和无耗散自旋电流器件涉及Bi2Te3为基础的平台。
2011-01-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Type-II Dirac surface states in topological crystalline insulators
我们研究了一系列抗渗透材料的性质，这些材料是具有绝缘体但具有导电表面的拓扑晶体绝缘体。使用从头算DFT计算，我们调查的体积和表面的拓扑结构，并表明这些材料表现出I型以及II型狄拉克表面状态的反射对称性保护。虽然I型狄拉克态产生闭合的圆形费米表面，但II型狄拉克表面态的特征在于彼此接触的开放电子和空穴口袋。我们发现，第二类狄拉克态在其色散中表现出特征性的范霍夫奇异性，这可以作为一个实验指纹。此外，我们还研究了表面态对磁场的响应。
2016-06-15 cond-mat.mes-hall
Dual Dirac liquid on the surface of the electron topological insulator
讨论了拓扑带绝缘体的非费米液体无带隙金属表面态。它有奇数个无隙狄拉克费米子耦合到非紧U（1）规范场。这可以被看作是一个与传统狄拉克费米子表面态对偶的涡旋。这种表面对偶性是最近讨论的规范拓扑绝缘体的体对偶描述的反映。所有其它已知的表面态，包括表面量子Hall态、Fu-Kane超导体、带隙对称拓扑序和“复合Dirac液体”，都可以从对偶Dirac液体中方便地得到。我们还讨论了对偶狄拉克液体的物理性质，以及它与半满朗道能级的关系。
2015-10-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
High order momentum topological insulator in 2D semi-Dirac materials
本文研究二维半狄拉克材料中仅单方向存在的各向异性边缘态，提出其拓扑保护源于动量参数化一维约化哈密顿量的Zak相位，并将其定义为高阶动量拓扑绝缘体，同时分析了无序鲁棒性及双端输运后果。
2024-06-12 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Topological Insulator-Based van der Waals Heterostructures for Effective Control of Massless and Massive Dirac Fermions
三维（3D）拓扑绝缘体（TI）是一类重要的材料，在电子学、自旋电子学和量子计算中具有应用。随着最近真正的体绝缘3D TI的发展，已经有可能在电输运测量中实现表面主导的现象，例如拓扑表面态（TSS）中无质量狄拉克费米子的量子霍尔（QH）效应。然而，为了实现更先进的设备和现象，需要一种平台来以干净的方式调谐TSS或修改它们，例如通过与磁绝缘体接近来使它们间隙化。在这里，我们介绍了范德华（vdW）异质结构的形式拓扑绝缘体/绝缘体/石墨有效地控制化学势的TSS。利用两种类型的栅介质，正常绝缘体六方氮化硼（hBN）和铁磁绝缘体Cr2 Ge 2 Te 6（CGT）来调节四元TI BiSbTeSe 2中TSS的电荷密度。hBN/石墨门控在QH制度表明，通过抑制无质量狄拉克费米子的磁导率，TSS的量子化得到了改善。CGT/石墨门控质量狄拉克费米子在QH制度产生半量子化霍尔电导步骤和狄拉克间隙的措施。我们的工作显示了vdW平台在创建先进的高质量TI器件方面的前景。
2018-05-24 cond-mat.mes-hall
Long-range Coulomb interaction effects on the surface Dirac electron system of a three-dimensional topological insulator
三维拓扑绝缘体的表面态形成二维无质量狄拉克电子系统。在狄拉克电子系统中，由于费米能级处的态密度很小，库仑相互作用没有被屏蔽，因此长程库仑相互作用（LRCI）起着至关重要的作用。本文利用Wilson重整化群研究了在LRCI存在下具有化学势$μ=0$的表面态。我们首先检验了表面狄拉克系统中的费米速度增强，这也发生在通常的狄拉克电子系统中。表面Dirac系统最显著的特征是Dirac哈密顿量不包含赝自旋而是包含实自旋泡利矩阵。由于这一特征，我们发现g因子增强，这是表面狄拉克系统的一个独特性质。我们还研究了自旋磁化率的显式形式，发现自旋磁化率在LRCI的存在下得到了增强。
2014-12-02 cond-mat.mes-hall
Dirac Spin-Orbit Torques at the Surface of Topological Insulators
本文利用Kubo公式和Keldysh公式研究了拓扑绝缘体磁表面的自旋轨道力矩。通过分析推导出的自旋电荷方程，我们发现，所谓的狄拉克转矩具有不同的对称性相比，他们的Rashba对应，以及作为磁化方向的函数的高各向异性。特别地，当磁化位于拓扑绝缘体表面的平面中时，阻尼扭矩消失。这种特性具有重要的后果，在磁化动力学和开关，通过一个宏自旋模型数值证明。
2017-07-08 cond-mat.mes-hall
Novel Spin-texture on the warped Dirac-cone surface states in topological insulators
我们用第一性原理计算和模型哈密顿量研究了Bi 2 Te 3族三维拓扑绝缘体的表面态性质。当表面狄拉克锥由于菱形结构中的Dresselhaus自旋轨道耦合而翘曲时，自旋获得有限的面外分量。我们预测了一种新的面内自旋纹理的扭曲表面狄拉克锥的自旋不垂直于电子动量。我们的k.p模型计算表明，这种新型的面内自旋纹理需要高阶Dresselhaus自旋轨道耦合项。
2011-03-24 cond-mat.mes-hall
Quantum transport of two-species Dirac fermions in dual-gated three-dimensional topological insulators
拓扑绝缘体是一类具有带隙绝缘体和无带隙自旋螺旋狄拉克费米子导电表面态的新型量子物质。在这里，我们报告本地和非本地的电和磁输运测量双栅BiSbTeSe 2薄膜拓扑绝缘体设备，与传导占主导地位的空间分离的顶面和底面，每个托管一个单一的物种的狄拉克费米子与独立的栅极控制的载流子类型和密度。在这种完全可调的两组分拓扑Dirac气体中，我们观察到了许多有趣的量子输运现象，包括零磁场最小电导率接近双Dirac点处电导量子的两倍，一系列双极性两组分半整数Dirac量子Hall态和电子-空穴总填充因子为零的态（具有零霍尔平台），分别表现出无耗散（手性）和耗散（非手性）边缘传导。这样的系统为探索从拓扑磁电效应到激子凝聚的丰富物理铺平了道路。
2016-05-09 cond-mat.mes-hall
High Chern number phase in topological insulator multilayer structures: a Dirac cone model study
我们使用狄拉克锥模型来探索Zhao等人在磁掺杂拓扑绝缘体（TI）多层结构中实现的高陈数（C）相[Nature 588，419（2020）]。通过捕捉相边界随参数的变化，计算了T1多层结构的陈氏数，得到了T1多层结构的陈氏数相图。高C行为归因于重整化狄拉克锥的带反转，伴随着带反转，在Γ点处的自旋极化将增加。此外，还研究了另外两种TI多层结构和TI超晶格结构。
2022-08-18 cond-mat.mes-hall
Entropic uncertainty relations and topological-band insulator transitions in 2D gapped Dirac materials
研究了二维带隙Dirac材料与石墨烯同构的拓扑带绝缘体跃迁的不确定性关系。我们表明，相对或Kullback-Leibler熵的位置和动量空间，和标准的方差为基础的不确定性关系，给出尖锐的签名的拓扑相变在这些系统中。
2015-02-26 cond-mat.mes-hall quant-ph
