Universal symmetry-protected persistent spin textures in nonmagnetic solids
本文通过分析所有230个空间群，证明了非磁性无中心对称固体中普遍存在对称性保护的持久自旋织构，并利用群论确定其布里渊区位置和自旋方向，为自旋电子学材料发现开辟新路。
2024-09-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Mapping Metastable Magnetic Textures in (Fe0.5Co0.5)5GeTe2 with in-situ Lorentz Transmission Electron Microscopy
University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校）；Lawrence Berkeley National Lab（劳伦斯伯克利国家实验室）
本研究利用原位洛伦兹透射电子显微镜研究 (Fe0.5Co0.5)5GeTe2 中的亚稳磁结构，建立零场亚稳自旋结构的相图，为未来操控磁性提供关键参考。
2026-01-27 cond-mat.mtrl-sci
Topologically protected interface phonons in two-dimensional nanomaterials: hexagonal boron nitride and silicon carbide
我们进行了晶格动力学分析和分子动力学模拟，以证明存在的拓扑保护声子模式的二维，单层六方氮化硼片。拓扑声子模式被发现是本地化在一个平面内的界面，将系统分为两个区域的不同谷陈数。这种拓扑声子模式的色散跨越频率间隙[1123，1278] cm^{-1}，该频率间隙通过与量子谷霍尔效应的类比通过破坏原始单位晶胞中的硼和氮原子的反转对称性而打开。因此，具有该间隙内的频率的振动能量在拓扑上受到保护，导致波传播表现出最小的反向散射，对于诸如尖角的结构缺陷是鲁棒的，并且表现出优异的时间稳定性。我们的发现开辟了在二维纳米材料中实现拓扑声子和力学的可能性。
2018-07-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Observation of topological valley modes in an elastic hexagonal lattice
本文报道了二维弹性六角晶格中拓扑保护边缘波的实验观测结果。晶格被设计为具有K点狄拉克锥，其与表征这种连续结构的其他众多弹性波模式很好地分离。我们利用在节点的局部质量的安排，打破镜像对称的单位细胞水平，这打开了一个频率带隙。这产生了非平凡的能带结构，其支持沿着通过镜像对称获得的晶格的两个实现之间的界面的拓扑保护的边缘状态。详细的数值模型支持调查的边缘状态的发生，而它们的存在是通过全场实验测量验证。测试结果表明，限制的拓扑保护边缘状态沿预定义的接口，并说明缺乏显着的后向散射在尖锐的角落。在一个平凡的波导，否则均匀的周期性晶格上进行的实验揭示了无法传播的扰动和它的灵敏度，背散射，这表明优越的波导性能的类的非平凡的接口在这里调查。
2017-05-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.class-ph
Selective Control of Surface Spin Current in Topological Materials based on Pyrite-type OsX2 (X = Se, Te) Crystals
拓扑材料拥有强大的表面状态，这可能成为未来电子器件的基础。由于这种状态的自旋被锁定在动量上，因此它们对自旋电子学应用特别感兴趣。因此，如果要在未来的技术中利用自旋纹理，了解拓扑非平凡材料表面态的自旋纹理，并能够操纵它们的极化，是必不可少的。在这里，我们使用第一性原理计算表明，黄铁矿型晶体OsX 2（X= Se，Te）是一类拓扑材料，可以主机表面态的自旋极化，可以是在平面内或面外。我们表明，形成的低能态的能量和方向相关的自旋纹理的（001）表面上的这些材料是从一个拓扑平凡的非平凡的状态，诱导自旋轨道相互作用的转换的结果。这些表面态的非常规自旋纹理具有在局部对称性保护的动量空间中的面内到面外自旋极化转变。此外，表面自旋方向和幅度可以在特定的能量范围内选择性地过滤。我们演示了一类新的拓扑材料与可控的自旋纹理提供了一个平台，为实验人员检测和利用非常规的表面自旋纹理在未来的自旋为基础的纳米电子器件。
2019-09-04 cond-mat.mtrl-sci
Boundary Flat Bands with Topological Spin Textures Protected by Sub-chiral Symmetry
本文提出亚手性对称性概念，证明无传统手性对称性的拓扑系统仍可形成具有拓扑自旋织构和量子化 Berry 相位的边界平带。
2024-12-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.quant-gas
Design of spin-orbital-textures in ferromagnetic/topological insulator interfaces
本研究针对拓扑绝缘体自旋轨道织构的调控需求，探究CrI₃/Bi₂Se₃铁磁/拓扑绝缘体界面，通过从头算与参数化哈密顿模型揭示其各向异性输运与背散射特性，证实范德瓦尔斯TI/MI界面是调控拓扑态自旋自由度的优异平台。
2023-11-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Phase Transitions of Chiral Spin Textures via Dipolar Coupling in Multilayered Films with Interfacial DMI
在正确的条件下，Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用（Dzyaloshinskiii-Moriya interactions）可以导致拓扑保护的自旋纹理，如skyrmions。自旋为基础的计算和存储器技术的应用是有前途的，需要详细考虑的作用的内在能量稳定的各种纹理观察到目前为止。在这里，我们的实验研究的偶极能量从层间耦合的rexonspin纹理发现在室温下的[ Pt \ Co \ Ir ] $_{\times N}$的界面多层膜的效果。通过增加层的重复次数N来修改总偶极能量，这导致不同相的手征磁织构。我们使用的相变，以估计的能量存在于dielectric薄膜D = 2.1 $\pm$ 0.1 mJ m $^{-2}$。与传统的垂直磁各向异性薄膜不同，这些多层膜具有有限的介电常数，表现出孤立的hedgehog skyrmion气泡以及具有摆线纯手性Néel壁的亚100 nm迷宫域，其依赖于介电常数以及总偶极能量。
2016-11-01 cond-mat.mtrl-sci
Accidental persistent spin textures in the proustite mineral family
动量空间中的持久自旋织构（PST）具有使自旋电子器件成为可能的潜力，这些自旋电子器件目前受到自旋轨道耦合材料中低自旋寿命的限制。我们进行了第一性原理研究的原生矿物家族，Ag $_3$ BQ $_3$ }（B=As，\，Sb; Q=S，\，Se），并显示这些硫属化物表现出非对称保护PST，我们称之为辅助PST。化学取代可用于调节PST质量和性质，例如，自旋寿命，我们发现，Rashba各向异性标准相关的PST面积和自旋寿命的三个proustites检查。最后，我们表明，一阶有效的SOC哈密顿量，通常用于二维系统，是不足以描述PST状态在所有的proustites，这表明高阶模型是必要的，以充分描述PST在散装三维材料。
2022-09-02 cond-mat.mtrl-sci
A route towards stable homochiral topological textures in A-type antiferromagnets
受拓扑保护的旋转磁性纹理可能成为下一代后摩尔计算的数据载体。这种纹理在铁磁体（FM）中大量观察到;然而，它们的反铁磁（AFM）对应物预计与器件应用更加相关，因为它们承诺超快，无偏转动力学，同时对外部场具有鲁棒性。不幸的是，它们仍然难以捉摸，因此识别具有这种纹理的材料是开发这项技术的关键。在这里，我们提出了全面的微磁性和分析模型调查拓扑结构的广泛材料类的A型反铁磁体，特别是专注于原型的情况下，$α\text{-Fe}_2 \text{O}_3$，一个新兴的候选人AFM自旋电子学。通过利用对称破缺的界面Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用（iqs），可以稳定广泛的拓扑家族，包括AFM（反）merons和bimerons和迄今未发现的AFM skyrmions。虽然增强了同手性并提高了这些纹理的稳定性，但广泛可调的各向异性和交换相互作用使其能够前所未有地控制其核心尺寸。然后，我们提出了一个统一的框架来模拟一个简单的维度分析的基础上的纹理大小的缩放。由于$α\text{-Fe}_2 \text{O}_3$材料的合理设计可以获得控制和调节同手性AFM织构所需的参数，因此它有望成为AFM拓扑自旋电子学研究的一个平台。
2021-11-30 cond-mat.mtrl-sci
Topologically protected excitons in porphyrin thin films
有机材料中激子输运的控制对于开发高效的光捕获系统具有根本的重要性。这种输运很容易被无序能量景观中的陷阱所破坏。在这里，我们提出并分析了一个系统，支持拓扑Frenkel激子边缘状态。这些手性Frenkel激子的反向散射被对称性所禁止，确保了这样的系统的输运性质对无序是鲁棒的。为了实现我们的想法，我们提出了一个二维的周期性阵列的倾斜卟啉与均匀磁场相互作用。该场用于打破时间反演对称性，并导致模拟电子获得的Aharonov-Bohm相位的晶格通量。我们的建议是实现分子聚集体中物质的拓扑相的第一个蓝图，并提出了一个工程新型激子材料的范例。
2014-06-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Topological magnon modes on honeycomb lattice with coupling textures
拓扑磁振子模式预计将是有用的新的应用，如强大的信息传播，因为它们是免疫后向散射和强大的抗无序。虽然有几个拓扑磁振子模式的理论建议和越来越多的实验努力，实现他们现在，它仍然是可取的补充见解，这一重要现象。在这里，我们提出了一种新的方案来实现拓扑磁振子，其中只需要蜂窝晶格上的最近邻交换耦合。在铁磁体和反铁磁体中，六方晶胞之间和内部的调谐交换耦合引起拓扑状态，伴随着p-轨道和d-轨道之间的带反转，如磁振子模式。拓扑磁振子模出现在拓扑域和平凡域之间的界面上，磁振子流依赖于磁振子模的轨道角动量产生的赝自旋反向传播。这模拟了量子自旋霍尔效应中的自旋-动量锁定现象。
2021-12-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Anisotropic Dzyaloshinskii-Moriya interaction and topological magnetism in two-dimensional magnets protected by P4-m2 crystal symmetry
Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用（Dzyaloshinskiii-Moriya interaction）作为一个基本的磁性参数，由于其在磁skyrmions形成中的重要作用，在过去的二十年里得到了广泛的关注。最近发现的二维（2D）范德华（vdW）磁体也由于吸引人的物理性质（诸如栅极可调谐性、柔性和小型化）而获得了大量关注。深入的研究表明，各向同性的自旋稳定铁磁（FM）拓扑自旋纹理在二维磁体或其相应的异质结构。然而，各向异性的自旋和反铁磁（AFM）的拓扑结构的调查仍然是难以捉摸的。在这里，我们提出并证明了一个家庭的2D磁铁与P4-m2磁保护的各向异性磁。更有趣的是，各种拓扑自旋配置，包括FM/AFM反螺旋和AFM涡旋-反涡旋对，出现在这个家庭。这些结果给出了一种设计各向异性磁介质的一般方法，并为利用晶体对称性实现二维材料的拓扑磁性铺平了道路。
2022-05-10 cond-mat.mtrl-sci
Symmetry-protected topological polarons
The University of Texas at Austin（德克萨斯大学奥斯汀分校）；University of the Basque Country UPV/EHU（巴斯克大学）
该研究通过群论分析识别出四种极子纹理类别，并证明其携带整数拓扑电荷，利用第一性原理计算和实验方法揭示极子的拓扑性质。
2026-01-23 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Gapped Dirac cones and spin texture in thin film topological insulator
拓扑绝缘体（TI）的保护表面态形成了对应于螺旋自旋极化的非简并本征态的无带隙狄拉克锥。翘曲项的存在使最简单模型的各向同性锥变形为如Bi 2Se 3和Bi 2Te 3中的雪花费米表面。在孤立表面的STM准粒子干涉（QPI）实验中发现了它们的特征。在这里，我们调查的QPI谱TI薄膜几何形状与有限的表面状态之间的隧道。这导致了由于间隙和自旋纹理的变化而导致的光谱的急剧变化，这应该在QPI图案中留下不同的签名。我们考虑了表面杂质的法向和磁交换散射，得到了玻恩近似下的散射t矩阵和一般封闭解。我们预期的系统变化的QPI雪花强度的功能，通过改变薄膜厚度和研究，特别是后向散射过程的影响。我们预测的QPI光谱的变化Bi2Se3薄膜使用所观察到的间隙依赖ARPES结果。
2020-06-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Magnetic Skyrmions in Atomic Thin CrI$_3$ Monolayer
在这封信中，我们报告的可视化拓扑保护自旋纹理，在磁skyrmions的形式，在最近发现的单原子薄的二维碘化铬$_3$。结合密度泛函理论和自旋动力学模拟，我们证明了在CrI $_3$晶格中施加面外电场有利于在0 K温度下形成亚10 nm的skyrmion.自旋织构的产生是由于磁晶各向异性、Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用和垂直电场之间的强相关性，其形状和大小可以通过磁场来调节。这一发现将为原子尺度的量子工程和精密传感开辟新的途径。
2019-03-21 cond-mat.mtrl-sci
Topologically Protected Steady Cycles in an Ice-Like Mechanical Metamaterial
竞争的基态可能导致拓扑约束的激发，如畴壁或准粒子，其支配亚稳态及其动力学。畴壁和更奇异的拓扑激发在磁性系统中得到了很好的研究，例如人工自旋冰，其中纳米级磁偶极子被放置在几何阻挫晶格上，从而产生高度简并的基态。我们提出了一个机械自旋冰构造从一个松散的，正方形的单位晶格。我们比较畴壁激发，在这种超材料中出现的磁性对应物，发现新的行为出现在这个过阻尼机械系统。通过调整晶胞内部元素的比例，我们控制了内部畴壁的曲率和传播速度。我们改变畴壁形态从一个二元的，严格的自旋状制度，一个更连续的，弹性的制度。在弹性制度，我们注入，操纵，并通过纹理迫使在边界驱逐域壁。该系统具有动态滞后，我们发现一个一阶动力学转变的驱动频率的函数。我们展示了一个强制协议，产生多个，拓扑不同的稳定周期，这是保护他们的内部域壁安排的差异。这些不同的稳定周期迅速扩散的复杂性，所施加的强制纹理的增加，从而表明，这样的机械系统可以作为有用的模型系统，研究材料的多稳态，玻璃化，和记忆。
2021-05-08 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Helicity protected ultrahigh mobility Weyl fermions in NbP
非中心对称过渡金属双金属氧化物（包括TaAs、TaP、NbAs和NbP）是一种新兴的拓扑Weyl半金属（WSMs），含有奇异的相对论Weyl费米子。在这封信中，我们阐明了NbP前所未有的载流子迁移率的物理起源，它可以达到$1\times10^{7}$ cm $^{2}$ V $^{-1}$ s $^{-1}$在1.5 K。角度和温度相关的量子振荡，密度泛函理论计算的支持下，揭示了NbP具有共存的p-和n-型WSM口袋在$k_{z}$ =1.16 $π$ /c平面（W1-WSM）和在$k_{z}$ =0平面附近的高对称点$Σ$（W2-WSM），分别。独特的是，每个W2-WSM口袋形成一个大的哑铃形费米面（FS）包围两个相邻的外尔节点具有相反的手征。NbP中的磁输运由这些高度各向异性的W2-WSM口袋主导，其中Weyl费米子通过与手征节点相关的实自旋守恒而很好地保护免于缺陷背散射。当掺杂量为$\sim$ 1% Cr时，由于对磁性杂质的螺旋保护失效，NbP的迁移率降低了两个数量级以上.螺旋度保护的外尔费米子输运也表现在手征异常诱导的负磁电阻中，由W1-WSM态控制。在低于10 K的量子区，杂质的谷间散射时间变成一个大的常数，在低磁场下产生急剧的和几乎相同的电导率增强。
2016-03-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
At the verge of topology: vacancy-driven quantum spin Hall in trivial insulators
材料结构中的空位--降低其原子密度--使系统更接近原子极限，所有系统在拓扑学上都是平凡的。在这里，我们展示了介导的空缺之间的相互作用诱导拓扑非平凡相的机制。在{\it ab initio}方法中，我们探索了过渡金属二硫属化物中空位密度与拓扑跃迁的关系。作为一个案例的研究，我们专注于PtSe $_2$，原始形式是一个平凡的半导体与$1.2$\，eV的能隙。空位态导致原始系统能隙内的$180$\，meV的大拓扑能隙。我们推导出一个有效的模型描述这种拓扑相在其他过渡金属dichalcogenide系统。驱动拓扑相的机制允许在半导体宿主中嵌入后向散射保护的金属通道的构建。
2021-09-24 cond-mat.mtrl-sci
Photoelectron spin-flipping and texture manipulation in a topological insulator
最近发现的称为三维拓扑绝缘体的材料在没有施加磁场和低温的情况下构成对称保护拓扑状态的例子。这些非磁性大块绝缘体的一个标志性特征是受保护的金属电子状态局限于材料的表面。在这些表面状态的电子是自旋极化的，其自旋由其行进方向（线性动量）控制，导致动量空间中的螺旋自旋纹理。自旋和角度分辨光电子能谱（spin-ARPES）是唯一能够直接观测这一中心特征的工具，同时具有能量、动量和自旋灵敏度。通过使用具有高通量激光光源的创新光电子能谱仪，我们发现了这些表面电子的另一个令人惊讶的特性，它们的行为类似于狄拉克费米子。我们发现，所产生的光电子的自旋极化可以完全操纵在所有三个维度通过选择的光偏振。这些令人惊讶的效应是由于螺旋狄拉克费米子与光的自旋相关相互作用，这源于材料中的强自旋轨道耦合。我们的结果说明了不寻常的情况下，光电子的自旋极化是完全不同的电子在起源的初始状态的自旋状态。研究结果也为一种新型的高自旋极化电子源提供了基础。
2013-02-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Purely rotational symmetry-protected topological crystalline insulator $α$-Bi4Br4
最近的理论进展提出了一类新的拓扑晶体绝缘体（TCI）相保护的旋转对称性。不同于拓扑绝缘体（TI），旋转对称保护的TCI具有独特的拓扑保护边界模式：首先，旋转对称保护的表面具有非固定的Dirac表面态，其Dirac点位于一般k点上.其次，由于高阶体边界对应，3D TCI也支持1D螺旋边缘状态。尽管具有独特的拓扑电子性质，但迄今为止，纯旋转的自旋保护的TCI在实际材料中仍然难以捉摸。使用第一性原理能带计算和理论建模，我们确定范德华材料$α$ -Bi 4 Br 4作为TCI纯粹受旋转对称性保护。我们证明了Bi 4 Br 4的（010）表面呈现出一对由二重旋转轴保护的非钉扎拓扑Dirac费米子。这些非钉扎狄拉克费米子显示出一种非常有利于自旋输运的奇异自旋织构和一种由Lifshitz跃迁引起的范霍夫奇异性组成的能带结构。我们还确定了一维拓扑铰链状态沿边缘的$α$ -Bi 4 Br 4棒。我们进一步讨论了如何建议的拓扑电子性质在$α$ -Bi 4 Br 4可以观察到各种实验技术。
2019-05-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ideal Weak Topological Insulator and Protected Helical Saddle Points
将三维（3D）拓扑绝缘体分为强绝缘体和弱绝缘体（STI和WTI）的范式为发现受不同对称性保护并在不同维度中定义的物质的各种拓扑相打开了大门。然而，与STI的广泛实现相反，很少有材料被实验确定为接近WTI。即使在那些确定的，不存在与拓扑表面状态（TSS）暴露在一个全球性的散装带隙，在所有温度下是稳定的。在这里，我们报告了一个理想的WTI在准一维（准一维）铋卤化物，Bi $_{4}$ I $_{1.2}$ Br $_{2.8}$（BIB）的设计和观察。通过角分辨光电子能谱（ARPES），我们确定BIB在（100）$\prime$侧面上的TSS以两个各向异性的$π$ -偏移狄拉克锥（DC）的形式存在，它们在动量上分离，而在（001）顶面上是拓扑暗的。的ARPES数据完全确定了一个独特的侧表面哈密顿量，从而确定了两对非退化螺旋鞍点和一系列的四个Lifshitz过渡。表面狄拉克和鞍点都在195 meV的整体带隙中，再加上狄拉克速度小，自旋纹理非平凡，以及近间隙化学势，这一事实使BIB不仅是一个理想的WTI，而且也是拓扑多体物理学的沃土。
2023-01-31 cond-mat.mtrl-sci
Itinerancy-dependent non-collinear spin textures in SrFeO3, CaFeO3, and CaFeO3/SrFeO3 heterostructures probed via resonant x-ray scattering
非共线的多q自旋织构可以产生奇异的、拓扑保护的自旋结构，如skyrmions，但它们在简单的单q结构上形成的原因还不清楚。虽然晶格挫挫和Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用已知会产生非共线自旋纹理，但电子巡回在多q形成中的作用研究得少得多。在这里，我们研究了非共线，螺旋自旋结构的钙钛矿氧化物SrFeO 3和CaFeO 3的外延膜的磁输运和共振软X射线磁衍射。金属SrFeO3的磁电阻特性与其最近提出的多q结构相一致。此外，在铁L边共振能量测量的SrFeO 3的磁布拉格峰不对称地加宽，在其多Q状态的温度降低。相反，绝缘CaFeO3具有对称散射峰，其强度比SrFeO3弱10倍。增强的磁散射在O K边缘prepeak能量演示的作用的负电荷转移能量和由此产生的氧配位体孔在这些高铁酸盐的磁有序。通过测量具有厚CaFeO3层的CaFeO3/SrFeO3超晶格的磁衍射，我们发现CaFeO3螺旋有序在1个晶胞厚度的SrFeO3层上是相干的，而不是6个晶胞厚度的层。我们得出结论，绝缘CaFeO3只支持一个简单的单q螺旋结构，而金属SrFeO3主机多q结构。我们的结果提供了重要的洞察力的作用，电子巡回形成的多q自旋结构。
2019-06-24 cond-mat.mtrl-sci
Canted Spin Texture and Quantum Spin Hall Effect in WTe2
我们报道了单层T $_\text{d}$ -WTe $_2$中的非常规量子自旋霍尔相，它在其他拓扑材料中表现出迄今未知的特征。结构的低对称性在$yz$平面上诱导了倾斜的自旋织构，这决定了拓扑保护边界态的自旋极化。此外，自旋霍尔电导率被量子化（$2e^2/h$），其中自旋量子化轴平行于倾斜方向。这些研究结果是基于大规模的自旋霍尔电导率张量和非局部电阻的多探针几何形状，使用一个现实的紧束缚模型，从第一性原理方法阐述的量子模拟。这种倾斜的量子自旋霍尔效应的观察，与非平凡的自旋极化的拓扑边缘状态的形成有关，需要特定的实验设计，并提出了有趣的替代方案来操纵拓扑材料中的自旋信息。
2020-07-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Skyrmion Bubbles by Design in a Centrosymmetric Kagome Magnet
本文通过化学调控中心对称Kagome磁体TmMn6Sn6的磁晶各向异性，克服了DMI缺失下的设计难题，成功诱导出自旋重取向转变并观察到斯格明子气泡晶格，为在中心对称系统中按需设计斯格明子织构开辟了新途径。
2025-04-26 cond-mat.mtrl-sci
Theory of Glide Symmetry Protected Helical Edge States in WTe$_{2}$ Monolayer
该研究从理论上探究1-T' WTe₂单层中量子自旋霍尔螺旋边缘态的性质，揭示滑移对称带来的额外保护及适度无序对电导稳定性的提升作用，为超洁净边界样品中的非线性螺旋Luttinger液体物理研究提供了方向。
2022-09-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Mechanical analogue of a Majorana bound state
拓扑非平凡电子系统的发现开启了凝聚态研究的新时代。从拓扑绝缘体到拓扑超导体和Weyl半金属，现在已经理解，电子系统中一些最显著和鲁棒的相（例如，量子霍尔或反常量子霍尔）是拓扑保护的结果。这些强大的想法最近也开始在玻色子系统中进行探索。拓扑保护的声学，机械和光学边缘状态已被证明在一些系统中，重新创建必要的拓扑条件。这种没有反向散射的传播状态可以在通信和能源技术中找到重要的应用。在这项工作中，我们证明了一个拓扑约束状态，一个不同的类的非传播保护状态，不能被破坏的局部扰动的机械模拟。这些在电子系统中是众所周知的，例如拓扑超导体中的马约拉纳束缚态，但在玻色子环境中基本上尚未探索。我们通过在一个二维机械蜂窝超晶格上产生一个凯库勒畸变涡旋来实现拓扑束缚。
2019-05-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Experimental realization of metastable target skyrmion states in continuous films
本研究基于CoFeB/MgO/Ta多层膜，通过调节材料特性和热激发在室温附近成功稳定了1π、2π和3π靶态斯格明子，并验证了其在零磁场下的长期稳定性与拓扑保护特性，为连续薄膜中拓扑自旋纹理的定制与技术应用提供了平台。
2024-08-30 cond-mat.mtrl-sci
Nodal surface and persistent spin texture in a Weyl semimetal without mirror symmetry
利用对称性分析和电子结构计算，研究了Ag $_{2}$ Se在${\cal SG}$ ~17.除了在$k_{z}=π$上发现了一个由时间反转（${\cal T}$）和2倍螺旋旋转$S_{2z}$联合操作保护的节面外，我们还发现了24个Weyl点，主要位于$k_{y}=0$平面上，具有显著的费米弧和大的准粒子干涉图样（QPI）。由于不存在镜像对称性，一对具有相反手性的Weyl点位于不同的结合能处，这使得该系统成为实现新颖的手性异常相关现象的优秀材料候选者，例如量子化的圆形光电流和手性磁效应。此外，我们还揭示了在$k_{z}=π$平面上的显著自旋织构，这表明在表面布里渊区的大区域中存在方向选择性自旋极化，这对自旋电子学应用具有很强的意义。
2019-04-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Signature of strong spin-orbital coupling in the large non-saturating magnetoresistance material WTe2
我们报告的详细电子结构的WTe $_2$的高分辨率角分辨光电子能谱。不同于以往报道的简单的一电子一空穴口袋型费米面拓扑结构，我们解决了一个相当复杂的WTe $_2$费米面。具体地，总共有九个费米口袋，包括布里渊区中心$Γ$处的一个空穴口袋，以及沿$Γ$ - $X$方向在$Γ$的每一侧上的两个空穴口袋和两个电子口袋。值得注意的是，我们已经观察到圆二色性，在我们的光电子能谱，这表明，轨道角动量表现出丰富的纹理在费米表面的各个部分。如先前对于拓扑绝缘体和Rashiba系统所报道的，这样的圆二色性是自旋轨道耦合（SOC）的特征。这是进一步证实了我们的密度泛函理论计算，自旋织构是定性再现SOC的共轭后果。由于背散射过程直接涉及的电阻率，我们的数据表明，SOC和相关的自旋和轨道角动量纹理可以被认为是在理解WTe $_2$的异常磁电阻。
2015-03-04 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Two-dimensional Topological Semimetals Protected by Symmorphic Symmetries
二维（2D）带交叉半金属（BCSM）可用于构建一系列新颖的纳米级器件，如超透镜和晶体管。我们发现，与先前提出的由非对称对称性保护的2D基本BCSM不同，对称对称性可以保护新型的鲁棒2D BCSM [Young等人，物理修订版信函115，126803（2015）]。这种类型的对称对称性保护（SSP）的2D基本BCSM不能对湮灭而不破坏晶体对称性，而不是由意外的带交叉引起的2D BCSM。通过群论分析，我们发现2D SSP BCSM只能存在于四个层组的布里渊区（BZ）的K（K '）点，并确定了2D SSP BCSM的候选者是2D FeB 2。有趣的是，2D SSP BCSM可以拥有一对带交叉点（BCP），而3D Weyl半金属（WSM）至少有两对带交叉Weyl点。发现单对BCP对任何种类的菌株都是稳健的。此外，我们的计算表明，基本的2D SSP BCSM可以用来实现电场控制的自旋织构，因此是自旋电子器件的有希望的候选人。
2020-04-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Quantum metric senses a persistent spin helix
Indian Institute of Science（印度科学学院）；ETH Zurich（苏黎世联邦理工学院）
本文通过量子度量研究持久自旋螺旋的几何特性，揭示了自旋轨道耦合相等时的几何发散现象，并探讨了更高阶相互作用对量子度量的影响。
2026-09-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Superconductivity protected by spin-valley locking in ion-gated MoS2
对称性破缺在具有强自旋轨道相互作用（SOI）的非中心对称超导体中起着关键作用。然而，到目前为止，这些研究主要集中在一种特定类型的SOI上，称为Rashba SOI，其中电子自旋以直角锁定其动量，从而导致平面内螺旋自旋纹理。在这里，我们讨论了电场诱导的超导性二硫化钼（MoS2），它表现出从根本上不同类型的本征SOI表现出的面外塞曼型自旋极化的能量谷。我们发现在1.5 K时的上临界场约为52 T，这表明与中心对称的常规超导体相比，泡利极限增强了四倍。使用现实的紧束缚计算，我们发现，这种不寻常的行为是由于一个谷间配对，对称保护塞曼型自旋谷锁定外部磁场。我们的研究揭示了一个新的光的相互作用的反转不对称性与SOI在受限的几何形状，其前所未有的作用在超导性。
2016-06-11 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Electrical Control of Spin-polarized Topological Currents in Monolayer WTe$_2$
我们证明了在低对称性量子自旋霍尔绝缘体中拓扑保护边缘态的自旋取向的相干电操纵的可能性。通过使用从头算模拟，基于量子力学的建模和大规模计算的自旋霍尔电导率的组合，它表明，小电场可以有效地改变单层1 T '-WTe 2的边缘电流的自旋纹理高达90度的自旋旋转，而不会危及其拓扑特征。这些发现表明了一种新型的栅极可控自旋器件，拓扑保护免受混乱和相关的拓扑自旋电子学的发展。
2022-09-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Coupling microwave photons to topological spin-textures in Cu$_2$OSeO$_3$
拓扑保护的纳米级自旋纹理，被称为磁skyrmions，具有粒子般的性质和功能涌现的磁性效应。在大块的立方体氦磁体中，不同的Skyrmion共振模式已经被使用类似于自旋电子学中的铁磁共振的技术识别出来。然而，微波光子和Skyrmion共振模式之间的直接光-物质耦合尚未得到证实。利用两个不同的腔系统，我们实现观察到的腔谐振模式和两个谐振skyrmion模式，逆时针旋转和呼吸模式，在散装铜$_2$ OSeO $_3$之间的直接相互作用。对于这两种谐振模式，我们发现在57 K的最大耦合强度表示的腔线宽在简并点的增强。我们研究了在预期的skyrmion相的有效耦合强度作为温度的函数。我们属性的最大有效耦合强度的存在下，大量的skyrmion，相应地，一个完全稳定的skyrmion晶格。我们的实验结果表明，光子和磁skyrmions的共振模式之间的耦合依赖于这些拓扑粒子的相对密度，而不是在系统中的纯自旋数。
2021-05-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
The edge engineering of topological Bi(111) bilayer
拓扑绝缘体是一种新型的量子态，其特征在于具有受量子保护的非平凡边缘/表面态。我们的第一性原理模拟显示了化学修饰对拓扑Bi（111）双层纳米结构边缘态的显著影响，去除了平凡的边缘态，恢复了拓扑边缘态的Dirac线性色散.通过比较有无化学修饰的边缘态，Bi（111）双层纳米结构提供了一个简单的系统来评估边缘态的电导波动。化学修饰还可以改变边态的穿透深度和自旋织构。提出了一个低能有效模型来解释Bi（111）双层纳米结构独特的自旋织构，它打破了沿扶手椅边缘的自旋-动量正交性。
2014-03-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ab-initio Theory of Fourier-transformed Quasiparticle Interference Maps and Application to the Topological Insulator Bi$_2$Te$_3$
准粒子干涉（QPI）技术是一种强大的工具，它可以揭示材料的电子结构的结构和性质，并结合表面缺陷的散射性质。最近，这种技术在证明拓扑绝缘体的表面状态的独特性质方面起到了关键作用，这种表面状态在没有背散射的情况下表现出来。在这项工作中，我们推导出一个格林函数为基础的形式主义的傅立叶变换QPI图像的从头计算。我们展示了我们的新的实施例中的QPI的磁性和非磁性缺陷周围形成的Bi $_2$ Te $_3$表面的效率。这种方法可以加深理解的拓扑保护的电子的散射性质的缺陷，并可以在量子材料的研究在未来的一个有用的工具。
2020-01-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
In-Plane Orbital Texture Switch at the Dirac Point in the Topological Insulator Bi2Se3
拓扑绝缘体是一种新的宏观量子力学相，它有望实现物理学中一些最奇异的粒子，并在自旋电子学和量子计算中得到应用。在所有已知的拓扑绝缘体中，强的自旋轨道耦合对于受保护的无质量表面态的产生至关重要。因此，狄拉克态的完整描述应该包括波函数的自旋和轨道（空间）部分。对于具有单个狄拉克锥的材料家族，理论和实验在定性上一致，表明拓扑状态具有改变狄拉克点（DP）手性的手性自旋纹理，但它们在自旋如何极化方面存在定量差异。有限的现有理论思想预测手性本地轨道角动量的DP的两侧。然而，既没有直接的测量，也没有计算确定空间波函数的全局对称性。在这里，我们提出的第一个结果，从角分辨光电发射实验和第一性原理计算，都表明，与目前的预测相反，面内轨道波函数的表面状态的Bi 2 Se 3是不对称的相对于DP，切换从切向的DP以上的k-空间恒定能量表面，被径向的DP以下。由于轨道纹理切换恰好发生在DP，这种效应应该是拓扑物理学所固有的，构成了拓扑狄拉克态描述中一个重要但缺失的方面。我们的研究结果还表明，自旋织构可能比以前报道的更复杂，有助于调和早期相互矛盾的自旋分辨测量。
2012-09-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Extracting unconventional spin texture in two dimensional topological crystalline insulator bismuthene via tuning bulk-edge interactions
本研究通过第一性原理计算与对称化Wannier紧束缚模型，探究体-边相互作用对二维拓扑晶体绝缘体铋烯边态输运的影响，发现可通过衬底和电场调控其非常规螺旋自旋织构，为拓扑自旋电子器件制备提供新思路。
2023-07-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
On the nature of the spin polarization limit in the warped Dirac cone of the Bi2Te3
拓扑保护表面态中电子自旋极化的大小是自旋电子学应用中的一个重要参数。为了分析Bi $_2$ Te $_3$薄膜中的扭曲自旋织构，我们结合角度和自旋分辨光电发射实验与理论\textit{ab initio}计算。在费米能级附近的拓扑保护Dirac锥态中，我们发现了\textit{in-plane}自旋极化率高达$\sim$ ~ 45%.狄拉克锥态的费米面发生了翘曲，显示出$\sim$ ~ 15%的\textit{out-of-plane}自旋极化.这些研究结果是在定量协议与专门的模拟发现电子密度的狄拉克锥离域的第一个五重层与自旋反转发生在表面原子层。
2012-10-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
In-situ monitoring the magnetotransport signature of topological transitions in the chiral magnet Mn$_{1.4}$PtSn
本文利用新型原位测量平台同步获取Mn$_{1.4}$PtSn的自旋结构与霍尔电压，发现其霍尔电压无需拓扑霍尔效应的额外贡献即可解释，且反斯格明子的形成与湮灭不影响霍尔电压。
2024-10-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
A general route to form topologically-protected surface and bulk Dirac fermions along high-symmetry lines
产生拓扑绝缘体的拓扑非平凡带隙和三维Dirac半金属的孤立Dirac接触点的带反转通常产生于来自不同轨道流形的电子态的交叉。最近，沿着高对称线发生的单轨道流形带反转的概念已经被证明，稳定多个体和表面狄拉克费米子。在这里，我们讨论了实现这些阶段所需的基本成分，并讨论了它们在过渡金属二硫属化物家族中的存在。我们展示了它们的三维能带结构如何自然地只产生小的$k_z$投影带隙，并演示了这些如何在塑造这些材料的表面电子结构中发挥重要作用。我们证明，通过自旋和角度分辨的光电子能谱和密度泛函理论计算，X组TMDs PtSe $_2$和PdTe $_2$的表面电子结构是如何主机多达五个不同的表面状态，每个复杂的能带色散和自旋纹理。最后，我们讨论了如何起源的几个最近实现的拓扑现象的系统以外的TMD，包括铁基超导体，可以理解为一个结果，相同的潜在机制驱动$k_z$介导的带反转的TMD。
2019-02-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ultra-small topological spin textures with size of 1.3nm at above room temperature in Fe78Si9B13 amorphous alloy
本文在Fe78Si9B13非晶合金中发现室温以上平均尺寸约1.3nm的超小拓扑自旋织构，并通过拓扑霍尔效应、小角中子散射和蒙特卡洛模拟证明其斯格明子拓扑等价性，实现每平方英寸43.4 TB的理想存储密度，为超高密度磁存储提供新候选材料。
2023-05-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Spin-Polarized Quantum Well States on Bi$_{2-x}$Fe$_x$Se$_3$
使用低温扫描隧道显微镜对掺杂的拓扑绝缘体Bi $_{2-x}$ Fe $_x$ Se $_3$成像。间隙Fe缺陷允许准粒子干涉（QPI）的检测，和空态能带结构的重建。测量数据和密度泛函理论计算之间的定量比较揭示了量子阱态（QWS）与拓扑表面态（TSS）在Bi $_{2-x}$ Fe $_x$ Se $_3$的原子清洁表面上的意外共存。光谱测量量化由于六边形翘曲的线性色散的崩溃。尽管如此，QWS和TSS仍然保持自旋极化，并保护背散射到狄拉克点以上几乎1 eV，这表明它们对基于自旋的应用程序的实用性。
2015-01-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Half-Heusler topological insulators
具有1：1：1原子组成的三元半导体或金属半赫斯勒化合物因其灵活的电子性质和功能而被广泛研究。最近，基于电子结构计算，半Heusler化合物的一种新材料性质被预测：拓扑绝缘体。在拓扑绝缘体中，由于自旋动量锁定，金属表面态受到保护，免受杂质反向散射的影响。这为工程多功能材料开辟了新的前景。本文从晶体学和电子结构的角度介绍了半赫斯勒材料。我们提出了一个有效的模型哈密顿量的拓扑状态，可以推导出，特别是从一个非平凡的倒置能带结构。我们讨论了一般意义上的倒置能带结构，重点是在实验中的拓扑表面状态的检测，通过审查几个示例性的材料。特别注意的是超导半Heusler材料，这已经吸引了足够的注意力作为一个平台，非中心对称和拓扑超导。
2014-10-26 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Chiral magnetic textures in Ir/Fe/Co/Pt multilayers: Evolution and topological Hall signature
Skyrmions是拓扑保护的，二维的，局部的刺猬和旋转的螺旋。skyrmions最初是作为核相互作用的场论中的一个概念而发明的，它是凝聚态物质中广泛现象的核心。它们在室温（RT）下在磁性多层膜中的实现产生了相当大的兴趣，受到技术前景和对基本问题的访问的推动。Skyrmion与载流子的相互作用产生了奇异的电动力学，如拓扑霍尔效应（THE），霍尔对出现的磁场的响应，Skyrmion贝里相的表现。THE可以用来探测Skyrmion的提议需要进行定量测试。为此，必须全面了解skyrmion和其他手性纹理及其电指纹。在这里，使用霍尔传输和磁成像，我们跟踪的演变的磁性纹理和他们的签名在技术上可行的多层膜作为温度（$T$）和平面外施加的磁场（$H$）的函数。我们发现，拓扑霍尔电阻率（$ρ_\mathrm{TH}$）的规模与密度的孤立skyrmion（$n_\mathrm{sk}$）在很宽的范围内的$T$，确认的影响的skyrmion贝里阶段的电子输运。我们发现，在较高的$n_\mathrm{sk}$ skyrmions集群成蠕虫进行相当大的拓扑电荷，不像拓扑平凡的自旋螺旋。虽然我们建立了一个定性协议之间的$ρ_\mathrm{TH}(H,T)$和面密度的拓扑电荷$n_\mathrm{T}(H,T)$，我们详细的定量分析表明，一个更大的$ρ_\mathrm{TH}$比流行的理论预测观察到的$n_…
2018-03-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
