Ab initio Wannier-function-based many-body approach to Born charge of crystalline insulators
在本文中，我们提出了一种方法，旨在执行多体计算的晶体绝缘体的玻恩有效电荷，包括电子相关效应。该方案完全在实空间中实现，使用Wannier函数作为单粒子轨道。相关效应的计算包括虚拟激励从Hartree-Fock平均场，和激励组织为每一个贝特-戈德斯通一样的多体层次。我们的计算结果表明，这里提出的方法是有前途的。
2004-11-09 cond-mat.mtrl-sci
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
Layer Construction of Topological Crystalline Insulator LaSbTe
拓扑晶体绝缘体（TCI）是晶体保护的拓扑状态之一。任何TCI都可以变形为晶格中几个解耦的二维（2D）拓扑非平凡层的简单乘积态，这些层的晶体对称性称为层结构（LC）极限。在这项工作中，基于第一性原理计算，我们已经发现，无论是四相LaSbTe（t-LaSbTe）和正交LaSbTe（o-LaSbTe）可以解释为堆叠的二维拓扑绝缘体在每个晶格空间。由软声子模引起的从t-LaSbTe到o-LaSbTe的结构相变证明了实空间变化如何导致拓扑态的改变。基于LC理论分析了它们的拓扑不变量和基于安全性的指标。我们建议，LaSbTe是一个理想的例子，展示了LC范式，桥梁的实空间中的晶体结构的能带拓扑在动量空间。
2020-05-19 cond-mat.mtrl-sci
Surface-state-dominated transport in crystals of the topological crystalline insulator In-doped Pb$_{1-x}$Sn$_x$Te
三维拓扑绝缘体和拓扑晶体绝缘体代表了物质的新量子态，它们被预测具有绝缘体态和自旋动量锁定的无隙表面态。在实验上，已经证明难以实现将允许表面状态在相当大的温度范围内支配输运性质的高体电阻率。在这里，我们报告了一系列的铟掺杂的Pb $_{1-x}$ Sn $_x$ Te化合物，表现出巨大的体积电阻率连同拓扑表面状态的强有力的证据，基于厚度依赖的输运研究和磁阻测量。对于这些体绝缘材料，表面状态决定了接近30 K的温度下的电阻率。
2015-02-09 cond-mat.mtrl-sci
Spin-polarized (001) surface states of the topological crystalline insulator Pb_{0.73}Sn_{0.27}Se
我们研究了新发现的拓扑晶体绝缘体（TCI）相中Pb_{0.73} Sn_{0.27} Se的（001）表面态的性质以及在带隙反转温度以上相应的拓扑平凡态。我们的计算不仅预测金属表面态与非平凡的手征自旋结构的TCI的情况下，但非金属（间隙）的表面态与非零自旋极化时，系统是一个正常的绝缘体。对于这两个阶段，角度和自旋分辨的光电子能谱学测量提供了确凿的证据，这些（001）表面态的形成Pb_{0.73} Sn_{0.27}硒，以及它们的手性自旋结构。
2012-12-08 cond-mat.mtrl-sci
The topological-crystalline-insulator (Pb,Sn)Te - surface states and their spin-polarization
采用紧束缚方法，我们从理论上研究了Pb0.4Sn0.6Te -新发现的拓扑晶体绝缘体的表面态的性质。除了以前研究的（001）表面态外，还考虑了另外两个表面族，{011}和{111}，其中晶体岩盐结构的镜像对称性在拓扑保护中起着同样的作用。计算结果表明，（Pb，Sn）Te的（111）表面态应出现4个单拓扑保护的Dirac锥，而（110）表面态的保护被解除了2个L点.在这种情况下，由于两个L谷之间的相互作用，而不是狄拉克点能隙出现在表面态中。在所有研究的情况下，获得手征自旋织构。
2013-03-28 cond-mat.mtrl-sci
Realization of Epitaxial Thin Films of the Topological Crystalline Insulator Sr$_3$SnO
拓扑材料来源于对称性和拓扑之间的相互作用。拓扑能带理论的进展已经导致预测反钙钛矿氧化物Sr $_3$ SnO是拓扑晶体绝缘体，一种新的物质电子相，其（001）晶面的导电性受到晶体点群对称性的保护。然而，实现这种材料是具有挑战性的。在热力学计算的指导下，我们设计并实现了一种分子束外延（MBE）方法，实现了Sr $_3$ SnO单晶薄膜的吸附控制外延生长。原位传输和角度分辨光电子能谱测量揭示了金属和非平凡的拓扑性质的生长样品。与传统的分子束外延相比，所使用的合成路线的结果在优越的样品质量，并很容易适应其他拓扑系统与反钙钛矿结构。拓扑晶体绝缘体薄膜的成功实现为通过外延应变和异质结构调整对称性来操纵拓扑状态提供了机会。
2019-12-31 cond-mat.mtrl-sci
Fabrication of Germanium-on-insulator in a Ge wafer with a crystalline Ge top layer and buried GeO2 layer by Oxygen ion implantation
本文报道了通过对取向为（100）的未掺杂单晶Ge晶片进行氧离子注入来制造绝缘体上锗（GeOI）晶片。注入能量为200 keV的氧离子。对注入的晶片进行快速热退火至650 ℃。所得晶片具有220 nm厚的顶部结晶Ge层和厚度约0.62微米的优质结晶氧化锗的掩埋氧化物层（BOX）层。晶体BOX层具有晶格常数接近标准值的六方晶体结构。拉曼光谱，横截面HRTEM与SAED和EDS确定，顶部Ge层在退火过程中与小面微晶再结晶。顶层具有约+0.4\%的小拉伸应变，并且估计位错密度为2.7 x 10^{7}cm^{-2}。顶层的厚度、结晶度和电特性以及GeO_{2}的BOX层的质量使得其可用于器件制造。
2020-07-12 cond-mat.mtrl-sci
Defect-free SnTe topological crystalline insulator nanowires grown by molecular beam epitaxy on graphene
采用分子束外延技术在石墨烯/SiC衬底上生长了SnTe拓扑晶体绝缘体纳米线。纳米线具有立方岩盐结构，它们沿[001]晶向生长，并具有由{100}晶面组成的四个侧壁，已知其具有狄拉克色散的金属表面态。彻底的高分辨率透射电子显微镜研究表明，纳米线生长在石墨烯上的范德瓦尔斯外延模式时，诱导的催化金纳米粒子与锡提供的SnTe熔剂混合，提供液体Au-Sn合金。纳米线是完全免费的结构缺陷，但它们的{001}侧壁是容易氧化，这指出了必要性的沉积保护帽，鉴于利用磁电传输现象涉及载流子占据拓扑保护状态。
2018-12-20 cond-mat.mtrl-sci
Fermiology and transport properties of the proposed topological crystalline insulator SrAg4Sb2
本研究结合输运测量、磁转矩测量和第一性原理计算，系统研究候选拓扑晶体绝缘体SrAg4Sb2的费米学与输运性质，证实其补偿半金属特性与能带反转结构，为拓扑晶体绝缘体研究提供了新的候选材料。
2024-04-22 cond-mat.mtrl-sci
Prediction of Topological Crystalline Insulator and Topological Phase Transitions in Two-dimensional PbTe Films
拓扑相，特别是拓扑晶体绝缘体（TCI），已被深入探索实验观察到的三维（3D）材料。然而，对二维（2D）薄膜的研究远少于3D TCI，甚至2D拓扑绝缘体。本文基于从头算方法，研究了二维PbTe（001）多层膜的电子和拓扑性质。单层和三层PbTe都是本征的2D TCI，具有大的带隙，达到0.27 eV，这表明在室温下观察量子化电导的可能性很高。TCI相位的产生可以归因于p带反转，而p带反转是由轨道杂化和量子限制的竞争决定的。我们还观察到双轴应变下的半金属TCI正常绝缘体的转变，而单轴应变导致Z2非平凡状态。特别是在NaI半导体衬底上外延生长时，PbTe单层膜中的TCI相仍然存在。我们的研究结果，可控的量子态与相当大的带隙提供了一个理想的平台，实现未来的拓扑量子器件具有超低耗散。
2017-10-28 cond-mat.mtrl-sci
Rock-salt SnS and SnSe: Native Topological Crystalline Insulators
与时间反演拓扑绝缘体不同，最近发现的拓扑晶体绝缘体（TCI）中具有狄拉克锥色散的表面金属态受到晶体对称性的保护。到目前为止，已经在SnTe和相关合金Pb $_{1-x}$ Sn $_{x}$ Se/Te中观察到TCI行为，其包含具有大自旋轨道耦合（SOC）的重元素。在这里，通过结合第一性原理和{ \it ab initio}紧束缚计算，我们报告的TCI在相对较轻的岩盐SnS和SnSe的形成。该TCI的特征在于在高对称性（001）、（110）和（111）表面处的偶数个狄拉克锥，这些表面受到关于（$\bar{1}$ 10）镜面的反射对称性的保护。我们发现SnS和SnSe都具有本征反转的能带结构，并且SOC仅是打开体带隙所必需的。体积膨胀后的体带隙演化揭示了从环境压力TCI到拓扑平凡绝缘体的拓扑转变。我们的研究结果表明，SOC单独是不足以驱动的拓扑结构的转变。
2013-08-22 cond-mat.mtrl-sci
Topological Crystalline Insulators with $C_2$ Rotation Anomaly
基于第一性原理计算和基于量子化学的指示剂分析，我们在Zintl族化合物中发现了一类具有$C_2$转动异常的拓扑晶体绝缘体，包括$\mathrm{Ba}_{3}\mathrm{Cd}_{2}\mathrm{As}_{4}$，$\mathrm{Ba}_{3}\mathrm{Zn}_{2}\mathrm{As}_{4}$和$\mathrm{Ba}_{3}\mathrm{Cd}_{2}\mathrm{Sb}_{4}$ .由$C_2$旋转对称性和时间反演对称性$T$的共存保护的非平凡带拓扑导致在垂直于旋转轴的顶部和底部表面上的通用动量的两个表面狄拉克锥。此外，（$d-2$）维螺旋铰链状态也沿着由平行于旋转轴的两个侧表面形成的铰链受到保护。我们发展了一种基于Wilson环技术的方法来证明这些表面狄拉克锥的存在，由于$C_2$异常，并精确地定位他们所证明的研究这些TCI。计算了螺旋铰链态。最后，我们表明，外部应变可以用来调谐TCI，强Z $_2$拓扑绝缘体和平凡绝缘体之间的拓扑相变。
2019-08-12 cond-mat.mtrl-sci
Mapping rules from nodal line semimetal to topological crystalline insulator in face centered cubic lattice
研究了在面心立方系统中，当引入自旋轨道耦合（SOC）时，在拓扑指数不能表示的结线半金属相中出现何种拓扑晶体绝缘体相.我们构造了一个包含两种不同节线相位的有效模型，并通过引入SOC计算了其中的镜像陈数，结果发现具有不同节线组态的两个节线相位映射到不同拓扑的晶体绝缘体相位.这一结果表明，关闭SOC和检查节点线配置可以区分两个拓扑晶体绝缘体相，这是以前的方法没有区分。
2020-11-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Direct observation and temperature control of the surface Dirac gap in the topological crystalline insulator (Pb,Sn)Se
自从拓扑绝缘体具有受保护的狄拉克表面态以来，人们一直在努力以可控的方式使这些态间隙化。拓扑晶体绝缘体（TCI）的发现开辟了实现这一目标的新途径，其中拓扑状态受到真实空间晶体对称性的保护，因此易于通过晶格的结构变化形成间隙。在这里，我们第一次展示了温度驱动的间隙开放狄拉克表面状态内的TCI阶段（铅，锡）硒。利用角分辨光电子能谱学，研究了能隙形成和质量获得随组分和温度的变化。由此产生的观测结果导致在（Pb，Sn）Se（001）的拓扑相图中，在无质量和有质量狄拉克态之间增加了一个依赖于温度和成分的边界。总的来说，我们的研究结果实验建立的可能性之间的无质量和大量的拓扑状态的拓扑系统的表面上进行调整。
2015-05-13 cond-mat.mtrl-sci
Structural Phase Transition and Carrier Density Tuning in SnSexTe1-x Nanoplates for Topological Crystalline Insulators
对于拓扑绝缘体和拓扑晶体绝缘体（TCI），它们的奇异表面态对于基础凝聚态物理研究以及未来的电子学如低耗散电子学和自旋电子学是有希望的。然而，通常主导输运性质的高体载流子密度是材料的主要挑战，严重阻碍了我们研究和操纵表面态的能力。在这篇手稿中，我们展示了一种合金化策略，SnSexTe 1-x，有效地降低了体载流子密度。只要SnSexTe 1-x保持立方晶体结构，它就被预测为TCI。我们显示系统的体载流子密度随着Se浓度的增加而降低，表明合金化原理起作用。此外，我们绘制了相图的立方正交结构转变的Se浓度的函数。这是通过研究保持单晶并且处于立方相或正交相的合金纳米片而成为可能的，与表现出多晶晶粒的大块合金相反。最后，我们系统地研究了SnSexTe_（1-x）从立方相到菱面体相的结构转变所伴随的铁电相变。这是首次对SnSexTe_（1-x）合金体系的铁电转变进行研究。
2016-03-07 cond-mat.mtrl-sci
Crystal Field Effect Induced Topological Crystalline Insulators In Monolayer IV-VI Semiconductors
最近预测了二维（2D）拓扑晶体绝缘体（TCI）的薄膜的SnTe类的IV-VI族半导体，它可以主机金属边缘状态的镜像对称保护。随着厚度的减小，量子限制效应将增加并超过临界厚度以下的反向间隙，将TCIs变成正常的绝缘体。令人惊讶的是，基于第一性原理计算，我们证明了（001）单层IV-VI族岩盐半导体XY（X=Ge，Sn，Pb，Y= S，Se，Te）是二维TCI，在单层PbTe中基本带隙高达260 meV，为实现带隙可调的二维Dirac费米子系统提供了材料平台。这种意外的非平凡拓扑相源于单层中的强{ \it晶场效应}，其提升了$p_{x,y}$和$p_z$轨道之间的简并性，并导致阳离子$p_z$和阴离子$p_{x,y}$轨道之间的能带反转。这种晶场效应诱导的拓扑相为寻找和设计其他原子级薄的二维拓扑材料提供了一种新的策略。
2015-04-27 cond-mat.mtrl-sci
Defect energetics and magnetic properties of 3d-transition-metal-doped topological crystalline insulator SnTe
在SnTe类拓扑晶体绝缘体中引入磁性是一个具有挑战性的课题，在量子器件应用中具有重要意义。基于第一性原理计算，我们研究了3d过渡金属（TM）掺杂SnTe的缺陷能量和磁性.我们发现，掺杂后的TM原子更倾向于处于中性态，并且具有较高的形成能，这表明在较高浓度的SnTe中要实现均匀的TM掺杂是很困难的，除非发生团簇。在稀掺杂区，所有的磁性TM原子都处于高自旋态，表明3d TM的自旋分裂能比SnTe配体的晶体分裂能强.重要的是，Mn掺杂的SnTe具有相对低的缺陷形成能，最大的局部磁矩，并且在体隙中没有缺陷能级，这表明Mn是一种有前途的磁性掺杂剂，以实现理论上提出的SnTe中的大陈数量子反常霍尔效应（QAHE）的磁序。
2016-05-16 cond-mat.mtrl-sci
Electron-phonon coupling and a resonant-like optical observation of a band inversion in topological crystalline insulator Pb$_{1-x}$Sn$_x$Se
测量了Pb $_{0.865}$ Sn $_{0.135}$ Se和Pb $_{0.75}$ Sn $_{0.25}$ Se固溶体在40 K ~ 280 K温度范围内，体光学声子激发能量对应的THz光谱区的光学反射率.对Pb $_{0.75}$ Sn $_{0.25}$ Se数据的动态介电函数分析揭示了一种新的效应，这是由于电子-声子耦合导致的，当能隙等于零或等于LO声子能量时，LO声子频率发生共振变化。这种效应对于Pb $_{0.865}$ Sn $_{0.135}$ Se是不存在的，它们在所有温度下都表现出具有平凡能带有序的开放能隙。这些结果表明，在太赫兹范围内的反射率构成了一个通用的实验方法，用于精确测定带反转的窄隙拓扑材料。对于Pb $_{0.75}$ Sn $_{0.25}$ Se，在温度T $_0$ =（172 $\pm$ 2）K时发生从平凡绝缘体到拓扑晶体绝缘体相的转变。
2020-03-26 cond-mat.mtrl-sci
ARPES study of the epitaxially grown topological crystalline insulator SnTe(111)
SnTe是一种典型的拓扑晶体绝缘体，其中无隙表面态受到晶体对称性的保护。SnTe的拓扑性质的标志是狄拉克锥投影到具有镜像对称性的表面上，源于其体布里渊区的L点附近的带反转，这可以通过角分辨光电发射来测量。我们在BaF_2（111）衬底上用分子束外延方法获得了SnTe薄膜的（111）面。原位角分辨光电子能谱在垂直于（111）面的方向上覆盖多个布里渊区，证明了在表面布里渊区的Gamma_bar和M_bar点上的狄拉克投影锥。此外，在体布里渊区的Gamma点处还观察到了类狄拉克锥的能带结构，其狄拉克能量与Gamma_bar点和M_bar点处的狄拉克能量有很大的不同.
2016-10-25 cond-mat.mtrl-sci
Tunable Weyl fermions and Fermi arcs in magnetized topological crystalline insulators
基于$k\cdot p$分析和实际紧束缚计算，我们发现磁性掺杂（Mn，Eu，Cr等）的Weyl半金属可以实现时间反转破缺。Sn $_{1-x}$ Pb $_x$（Te，Se）类拓扑晶体绝缘体。所有的外尔点在动量空间中分离得很好，并且由于高度的晶体对称性而具有几乎相同的能量。此外，外尔点和费米弧都可以通过改变Pb/Sn成分、压力、磁化强度、温度、表面电势等来高度调谐，开启了操纵外尔点和重新连接费米弧的可能性。
2016-04-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Distinct topological crystalline phases in models for the strongly correlated topological insulator SmB6
最近提出SmB 6既是强拓扑绝缘体又是拓扑晶体绝缘体。对于这个和相关的立方拓扑Kondo绝缘体，我们证明了四个不同的拓扑相位的存在，区别于镜像陈数的符号。我们用简单的可观测量来描述这些阶段，并为每个阶段提供具体的紧束缚模型。根据SmB 6的理论和实验结果，我们认为它实现了C^+_{k_z=0}=+2，C^+_{k_z=pi}=+1，C^+_{k_x=k_y}=-1的相位，并提出了相应的极小模型。
2015-05-13 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Magnetic anisotropy of the single-crystalline ferromagnetic insulator Cr2Ge2Te6
Cr_2Ge_2Te_6（CGT）是一种层状铁磁绝缘体，由于其与Dirac材料的结合可以实现量子反常霍尔效应（QAHE）和发展新型自旋电子学器件，近年来引起了人们极大的兴趣。在这里，我们研究了单晶CGT的单轴磁各向异性能，并确定在其铁磁相的磁易轴是沿c轴方向。此外，CGT在居里温度以下是绝缘体。这些性质使得CGT成为一种潜在的有前途的候选衬底，用于与拓扑绝缘体集成以实现高温QAHE。
2016-02-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Topological Crystalline Insulators and Dirac Octets in Anti-perovskites
我们预测了一类新的拓扑晶体绝缘体（TCI）的反钙钛矿材料的家庭与化学式A $_3$ BX。这里的非平凡拓扑结构产生于两个$J=3/2$四重态之间的带反转，这是由“狄拉克八重态”的广义狄拉克方程描述的。我们的工作表明，反钙钛矿是一个很有前途的新场所，探索能带拓扑结构，晶体对称性和电子相关性之间的合作相互作用。
2014-08-07 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Weak localization and Berry flux in topological crystalline insulators with a quadratic surface spectrum
本文研究了拓扑晶体绝缘体中二次带交叉表面态的弱局域化。结果表明，二次带交叉点的拓扑结构决定了WL电导率校正的负号。对于破缺的时间反转对称性的表面状态，一个明确的依赖关系的WL电导率上的带Berry通量得到和分析不同的载流子密度制度和类型的能带结构（正常或倒置）。这些结果提出了一种通过WL测量来检测带Berry通量的方法。
2013-10-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Enhanced superconductivity and superconductor to insulator transition in nano-crystalline molybdenum thin films
报道了在纳米晶钼薄膜中，无序驱动的超导体到绝缘体的过渡金属区转变。采用直流磁控溅射法在室温下制备了纳米结构的薄膜。使用沉积压力作为唯一的控制参数来调整晶粒尺寸。研究了沉积压力对颗粒尺寸、室温电阻率和超导转变的影响。纳米晶钼薄膜具有高的载流子浓度，但迁移率和电子平均自由程很低，利用霍尔和电导率测量研究了无序对载流子浓度和迁移率的影响。Ioffe-Regel参数与我们的样品中的连续金属-绝缘体转变相关。
2017-03-27 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Topological Crystalline Insulators in the SnTe Material Class
拓扑晶体绝缘体是一种新的物质状态，其中电子结构的拓扑性质源于晶体对称性。在这里，我们预测的第一个材料实现的拓扑晶体绝缘体在半导体SnTe，通过确定其非零拓扑指数。我们预测，作为这种非平凡拓扑结构的表现，SnTe具有金属表面态，在高对称性晶体表面（如{001}，{110}和{111}）上具有偶数个狄拉克锥。这些表面态形成了一种新型的高迁移率手性电子气，它对无序具有鲁棒性，并且通过晶体相对于{110}镜面的反射对称性进行拓扑保护。通过弹性应变工程或施加面内磁场来打破这种镜像对称性可以在表面上打开连续可调的带隙，这可能导致在热电、红外检测和可调电子学中的广泛应用。密切相关的半导体PbTe和PbSe也成为拓扑晶体绝缘体后，带反转的压力，应变和合金化。
2012-06-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
Layered Topological Crystalline Insulators
拓扑晶体绝缘体（TCI）是其拓扑性质依赖于一般晶体对称性的绝缘材料。基于第一性原理计算，我们研究了由二维TCI层堆叠而成的三维晶体。根据层间相互作用，层状晶体可以实现不同的3D拓扑相位，其特征在于在布里渊区中的不等效镜不变平面上定义的两个镜陈数（MCN）（$μ_1,μ_2$）。作为一个例子，我们证明了新的TCI相可以实现在层状材料，如PbSe（001）单层/h-BN异质结构，并可以通过机械应变调谐。我们的研究结果揭示了MCN在倒易空间中不等价镜像对称平面上的作用，并为寻找新的拓扑材料开辟了新的可能性。
2015-03-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Magnetic-Field Induced Semimetal in Topological Crystalline Insulator Thin Films
研究了拓扑晶体绝缘体（TCI）薄膜在外电磁场作用下的电磁特性。TCI薄膜是一种以镜像陈数为指标的拓扑绝缘体。结果表明，在面内磁场作用下，随着一对具有相反手征的无隙锥的出现，带隙闭合。一对无间隙点具有相反的涡数。这是一个回忆的一对外尔锥在三维外尔半金属。因此，我们提出了一个磁场诱导的半金属-半导体转变的二维材料。这是一种巨磁阻效应，其电阻率受磁场控制。我们发现，外加电场使无带隙点发生位移，并使费米速度沿面内磁场的方向重整化。
2014-10-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Thermoelectric effects in topological crystalline insulators
我们研究了在短程和长程杂质相互作用下拓扑晶体绝缘体的电导率和热电效应。我们采用广义玻尔兹曼形式的各向异性费米表面系统。由于表面态能带结构鞍点处的范霍夫奇异性，电导率随掺杂浓度的变化呈现局部极小值。在高能量狄拉克点处的载流子的带间散射的抑制导致电导率的最大值。当费米能级通过电导率的极值时，塞贝克系数改变符号。此外，它揭示了深刻的热电效应，可以达到这些极值点附近。
2016-11-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ab initio real-space Hartree-Fock and correlated approach to optical dielectric constants of crystalline insulators
在本文中，我们提出了一种方法，旨在计算的光学介电常数的晶体绝缘体在Hartree-Fock，和相关的水平。我们的计划采用了真实空间的方法，采用Wannier函数作为基本的积木。该方案已被应用于计算的光学介电常数的LiF，LiCl，MgO，和Li 2 O。在所有的情况下，相关的计算结果，基于系统的多体修正超越Hartree-Fock，表现出良好的协议与实验。据我们所知，这里提出的计算是第一个散装固体。
2006-04-07 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Electrically Tunable Quantum Spin Hall State in Topological Crystalline Insulator Thin films
结合$k \cdot p$理论、能带拓扑分析和电子结构计算，预测了SnTe类三维拓扑晶体绝缘体（111）薄膜在较宽的厚度范围内实现量子自旋霍尔相.非平凡拓扑结构源于三维极限下TCI拓扑表面态的面间耦合。表面间耦合改变符号，并引起拓扑相变作为膜厚度的函数。此外，这种耦合可以强烈地受到外部电场的影响，因此量子自旋霍尔相位可以在实验可达的电场下有效地调谐。研究结果表明，（111）薄膜是实现量子自旋霍尔绝缘体新应用的理想平台。
2015-01-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Confined vs. extended Dirac surface states in topological crystalline insulator nanowires
将二维狄拉克费米子限制在拓扑绝缘体表面上一直是一个突出的概念挑战。在这里，我们表明，狄拉克费米子限制是可以实现的拓扑晶体绝缘体（TCI），主机多个表面狄拉克锥取决于表面终止和它保留的对称性。这种限制最显著地反映在纳米线几何结构中这些狄拉克态的通量依赖性中，其中不同的刻面连接以形成封闭的表面。使用SnTe作为一个案例研究，我们展示了如何线与所有四个方面的类型<100>显示新颖的Aharonov-Bohm振荡，而纳米线与四个方面的类型，<110>这种振荡是不存在的，由于强约束的狄拉克状态，每个面分别。我们的研究结果将TCI纳米线作为限制和操纵狄拉克表面态的通用平台。
2022-09-21 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
Inducing Lifshitz transition by extrinsic doping of surface bands in topological crystalline insulator Pb$_{1-x}$Sn$_{x}$Se
研究了窄隙半导体Pb $_{1-x}$ Sn $_{x}$ Se在其岩盐结构相中的拓扑保护表面态，x=0.45、0.23、0.15和0。角分辨光电子能谱学的本质上p掺杂的样品显示出两个狄拉克锥，偏心的时间反转不变点X的表面布里渊区的所有，但x=0的样品的明确指示。碱金属的吸附逐渐使表面带充满电子，驱动x>0拓扑晶体绝缘体系统通过Lifshitz转变，并从空穴到电子的费米表面。x>0样品中的电子掺杂带显示出狄拉克锥的完整构型，也证实了表面带的电子-空穴对称性。
2014-03-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electrically Tunable Conductance and Edge Modes in Topological Crystalline Insulator Thin Films: Tight-Binding Model Analysis
基于镜像对称性和离散旋转对称性，提出了拓扑晶体绝缘体（TCI）薄膜的最小紧束缚模型。基本项由描述外尔半金属的自旋-轨道相互作用组成，其中无隙狄拉克锥出现在动量空间中的所有高对称点处。然后，我们引入的质量项提供的差距狄拉克锥在我们的处置。它们模拟了由[001]、[111]和[110] TCI表面制成的薄膜。TCI薄膜是由镜像对称性保护的拓扑绝缘体。利用电场破缺镜像对称性，分析了镜陈数、边缘模和电导。我们提出了一种多位拓扑场效应晶体管，通过施加电场独立的纳米晶体管的右边缘和左边缘。我们的结果将为拓扑电子学开辟一条新的途径。
2014-02-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Magnetoelectric polarizability and axion electrodynamics in crystalline insulators
电子在三维固体中的轨道运动可以产生赝标量磁电耦合$θ$，这是我们利用最近的弱非均匀材料极化理论推导出的单粒子情况下的一个事实。这种极化率$θ$与“轴子电动力学”拉格朗日量$Δ{\cal L}_{EM} = (θe^2 / 2 πh) {\bf E} \cdot {\bf B}$中出现的参数相同，已知该参数用于描述三维拓扑绝缘体（$θ=π$）的不寻常磁电特性。我们计算$θ$的一个简单的模型，访问的拓扑绝缘体，并讨论其连接到表面霍尔电导率。轨道磁电极化率可以推广到多粒子波函数，并定义了三维拓扑绝缘体，如IQHE，在拓扑基态响应函数。
2009-04-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Quantum Spin Hall Effect in IV-VI Topological Crystalline Insulators
我们设想在$(111)$取向的SnSe和SnTe拓扑晶体绝缘体薄膜中观察到量子自旋霍尔效应。使用紧束缚的方法支持的能带结构的第一性原理计算，我们表明，在这些薄膜中的二维带谱的能隙依赖于在一个振荡的方式上的层厚度。这些结果以及计算的拓扑不变指数和边缘态自旋极化表明，对于20-40单层厚的薄膜，出现二维拓扑绝缘体相。在此厚度范围内，在这两个，SnSe和SnTe，（111）取向的薄膜的边缘状态与狄拉克锥与相反的自旋极化在其两个分支。而在SnTe层中，一个单一的狄拉克锥出现在二维布里渊区的G点的投影，在SnSe（111）取向的层中，三个狄拉克锥在M点的投影被预测。
2015-01-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
$C_n$-symmetric higher-order topological crystalline insulators in atomically thin transition-metal dichalcogenides
基于第一性原理计算和对称性分析，我们预测了原子级薄（$1-N$层）的2 H VIB族TMDs $MX_2$（$M$ = Mo，W; $X$ = S，Se，Te）是受$C_3$旋转对称性保护的大禁带高阶拓扑晶体绝缘体.我们明确地证明了非平凡的拓扑指数和存在的标志性的角落状态与量子化分数电荷这些熟悉的TMD与大的散装光学带隙（$1.64-1.95$ eV的单层），这将有利于实验检测STM。我们发现在原子薄的（$1-N$层）2 H族-VIB TMD的扶手椅边缘的三角形有限尺寸薄片中存在定义明确的角态，并且相应的量子化分数电荷是层数$N$除以3模整数，它将简单地加倍包括自旋自由度。
2021-09-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Proximity-Induced Superconductivity in a Topological Crystalline Insulator
超导拓扑晶体绝缘体（TCI）预计主机新的拓扑相保护的晶体对称性，但现有的材料是不够适合的表面研究。为了诱导超导电性在一个原型的TCI SnTe的表面，我们使用分子束外延生长的异质结构的SnTe和高Tc超导体Fe（Te，Se），利用“缓冲”层之间的大晶格失配SnTe和Fe（Te，Se）。利用低温扫描隧道显微镜和光谱学，我们测量了SnTe表面的一个显著的光谱带隙，并通过它对温度和磁场的依赖性证明了它的超导起源。我们的工作提供了一个新的平台，在原子尺度上的新兴的拓扑现象超导TCIs的调查。
2019-11-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Protecting Quantum Superposition and Entanglement with Photonic Higher-Order Topological Crystalline Insulator
高阶拓扑绝缘体作为一种新发现的非平凡材料和结构，具有超越体-边界对应的拓扑相。在这里，我们提出了一个实验观察光子高阶拓扑晶体绝缘体和它的拓扑保护量子叠加和纠缠在一个二维晶格。通过飞秒激光自由写入绝缘体结构，并利用单光子成像技术直接测量其演化动力学，我们能够观察到C_4和C_2光子晶格对称性中拓扑角态的明显特征。特别地，我们提出并实验验证了利用单光子叠加态激发光子晶格的拓扑角态，并研究了拓扑对纠缠光子态的量子纠缠的保护作用.单光子动力学和受保护的纠缠揭示了一种内在的拓扑保护机制，将多体量子态与扩散诱导退相干隔离开来。高阶拓扑晶体绝缘体、内建叠加态产生、单光子成像和量子纠缠的出现，将拓扑、材料和量子物理联系在一起，为更广泛地研究高阶拓扑和拓扑增强在真正量子领域的应用打开了大门。
2020-06-14 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Spin-filtered Edge States with an Electrically Tunable Gap in a Two-Dimensional Topological Crystalline Insulator
三维拓扑晶体绝缘体最近预测和观察的SnTe类的IV-VI半导体，主机金属表面状态的晶体对称性保护。在这项工作中，我们研究这些材料的薄膜，并揭示其潜在的器件应用。我们证明了沿（001）方向生长的SnTe和Pb（1-x）Sn（x）Se（Te）的薄膜在很宽的膜厚范围内是拓扑非平凡的，并且携带导电的自旋过滤边缘态，这些边缘态通过拓扑不变量受到（001）镜像对称性的保护。施加垂直于膜的电场将破坏镜像对称性并在这些边缘状态中产生带隙。这种功能促使我们提出一种新的拓扑晶体管器件，其中电荷和自旋输运最大限度地纠缠，并同时由电场控制。这种器件的高开/关操作速度以及自旋和电荷的耦合可能导致拓扑晶体绝缘体的电子和自旋电子学应用。
2013-10-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Perovskite ThTaN3: a Large Thermopower Topological Crystalline Insulator
用{ \it ab initio}方法研究了一种稀有的立方钙钛矿氮化物半导体ThTaN $_3$.自旋轨道耦合（SOC）的结果在带反转和带隙为150 meV的区域中心。尽管$Z_2$指数微不足道，但两对自旋极化表面带穿过区中心附近的带隙，表明该系统是一个拓扑晶体绝缘体，其镜面陈数为$|{\cal C}_m|=2$，受到镜面和$C_4$旋转对称性的保护。此外，SOC使塞贝克系数加倍，导致对于几个$10^{17}$ /cm $^3$的载流子掺杂水平，在150 K下$\sim$ 400 $μ$ V/K的最大值。ThTaN $_3$通过拓扑表面状态将出色的体热电性与并行传导相结合，为具有更大品质因数的大型工程器件提供了平台。
2018-03-16 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
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
Discovery of Ĉ$_2$ rotation anomaly in topological crystalline insulator SrPb
拓扑晶体绝缘体（TCI）是由晶体对称性保护的具有非平凡拓扑结构的绝缘电子态。最近，理论上提出了一类新的受旋转对称性保护的TCI--$_n$，它们具有避开费米子加倍定理的表面旋转异常，即在表面上保持旋转对称性的是n个而不是2n个狄拉克锥。在这里，我们报告的第一个实现的双$_2$旋转异常的二元化合物SrPb。我们的第一性原理计算揭示了两个无质量的狄拉克费米子在（010）面上受到时间反演对称性T和π $_{2y}$的保护。使用角分辨光电子能谱，我们确定了两个狄拉克表面状态内的体带隙的SrPb，确认了在新的类的TCI的双$_2$旋转异常。这些发现丰富了拓扑相的分类，为探索新的TCI类的奇异行为铺平了道路。
2021-04-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Symmetry breaking and Landau quantization in topological crystalline insulators
在最近发现的拓扑晶体绝缘体SnTe和Pb_{1-x} Sn_{x}（Te，Se）中，晶体对称性和电子拓扑性相互交织，产生了具有许多有趣特征的拓扑表面态，包括Lifshitz跃迁、Van-Hove奇异性和费米子质量产生。这些表面状态通过相对于（110）平面的镜像对称性来保护。在这项工作中，我们提出了一个全面的研究的影响，不同的镜像对称性破缺微扰的（001）表面能带结构。原始（001）表面态在低能时有四个狄拉克费米子分支。我们发现，铁电型结构畸变产生的质量和间隙的一些或所有这些狄拉克点，而应变位移狄拉克点在布里渊区。面内磁场使表面态无隙，但在狄拉克点之间引入不对称性。最后，平面外的磁场导致离散的朗道能级。我们发现，朗道能级谱有一个不寻常的模式的简并和有趣的功能，由于独特的基本能带结构。这表明朗道能级光谱可以检测和区分拓扑晶体绝缘体中对称性破缺的不同机制。
2014-06-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Superconducting properties of the In substituted Topological Crystalline Insulator, SnTe
我们报告详细调查的超导体的性质，通过取代在锡网站的拓扑晶体绝缘体（TCI），SnTe。对Sn_（0.6）In_（0.4）Te晶体的输运、磁化强度和热容进行了测量。结果表明，该晶体是一种块状超导体，其Tc（起始温度）为~4.70（5）K，Tc（零温度）为~3.50（5）K。上、下临界场分别为μ 0 Hc 2（0）= 1.42（3）T和μ 0 Hc 1（0）= 0.90（3）mT，而κ = 56.4（8）表明该材料是强Ⅱ型超导体。
2013-04-17 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Landau level spectroscopy of PbSnSe topological crystalline insulator
本文报道了一种拓扑晶体绝缘体Pb $_{1-x}$ Sn $_x$ Se的红外磁谱研究。我们已经检查了一组样品，所有的电子带的反转制度，与锡的成分从$x=0.2$到$0.33$变化。我们的分析表明，所观察到的响应，由一系列的带间朗道能级激发，可以解释和建模使用相对论性的三维大质量狄拉克电子的哈密顿量，扩展到包括对角二次项，施加带反转。在我们的数据中，我们没有发现任何明确的签名的无质量的电子状态，是目前的表面上的铅$_{1-x}$锡$_x$硒晶体在倒置制度。这种意想不到的结果的原因进行了讨论。
2021-03-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Observation of topological crystalline insulator surface states on (111)-oriented Pb$_{1-x}$Sn$_{x}$Se films
本文报道了用角分辨光电子能谱测量三维拓扑晶体绝缘体Pb $_{1-x}$ Sn $_{x}$ Se（111）取向薄膜的表面态。我们观察到的表面状态与Dirac-like色散在$\barΓ$和$\bar{M}$在表面布里渊区，支持最近的理论预测，这一系列的材料。我们研究了表面态的平行色散各向同性和Dirac点结合能，并进行紧束缚计算来支持我们的发现。相对简单的生长技术是令人鼓舞的，并建议一个明确的路径，为今后的调查应变，邻近性和替代表面取向的作用（铅，锡）硒化合物。
2013-12-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Topological polarization, dual invariants, and surface flat band in crystalline insulators
我们描述了一个三维晶体拓扑绝缘体（TI）相的物质，表现出自发极化。这种偏振是由于在这种TI的表面上存在（近似）平坦的带而产生的。这些平带是极化拓扑介质的体边界对应的结果，并且与也包含表面平带的相关节线半金属相相反，它们跨越整个表面布里渊区。我们还提出了一个例子哈密尔顿表现出的Lifshitz过渡从节线阶段的TI阶段与极化。利用弹性四分体，我们显示了一个完整的分类的3D晶体TI相和不变量。具有偏振的相位自然地从这种分类中产生，作为先前更好地已知的表现出量子（自旋）霍尔效应的3D TI相位的对偶。除了极化，大表面平带的另一个含义是对相互作用效应的敏感性，如超导性：平均场临界温度与平带的大小成正比，因此这种类型的系统可能会表现出非常高的临界温度的超导性。
2020-12-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Topological nature of step edge states on the surface of topological crystalline insulator Pb$_{0.7}$Sn$_{0.3}$Se
除了新颖的表面态，拓扑绝缘体还可以在晶体缺陷处表现出鲁棒的无隙态。台阶边是晶体表面常见的一类缺陷。在这项工作中，我们建立了拓扑晶体绝缘体（TCI）Pb $_{0.7}$ Sn $_{0.3}$ Se的[001]表面的台阶边缘的一维（1D）束缚态的拓扑性质，从理论和实验两方面。我们表明，台阶边缘态的拓扑稳定性来自于表面低能物理的一个紧急粒子-空穴对称性，并展示了粒子-空穴对称性破缺的实验特征。我们还揭示了外部磁场对一维束缚态的影响。我们的工作表明，类似的拓扑阶边模式的可能性，在其他拓扑材料与岩盐结构。
2019-01-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
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
Fundamentals of crystalline Hopf insulators
三维晶体霍普夫绝缘体是酉Wigner-Dyson类的一般成员，它可以打破所有的整体离散对称和点群对称。在布里渊区的任意二维平面上，在第一陈数不存在的情况下，得到了Hopf不变量$N_H \in \mathbb{Z}$。但在存在陈数$N_H \in \mathbb{Z}_{2q}$的情况下，其中$q$是布里渊区$xy$、$yz$和$xz$平面的陈数的最大公约数。$N_H$如何影响各向同性磁电系数的拓扑量子化？我们用Witten效应的计算来回答这个问题。此外，我们构建了$N$带紧束缚模型的霍普夫绝缘体，并证明了其拓扑稳定性对频谱平坦。
2023-01-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
