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
Electric Field Tuning of the Surface Band Structure of Topological Insulator Sb2Te3 Thin Films
用低温扫描隧道显微镜测量了外延Sb_2Te_3薄膜的表面态谱对外加栅电场的响应。费米能级的栅极相关位移和体载流子的屏蔽效应随膜厚的变化而变化。我们观察到的狄拉克点的薄膜薄于四五层，由于顶部和底部表面的耦合的间隙开口。此外，三个五层膜的顶面态带隙被发现是可调的背栅，表明在该系统中观察到拓扑相变的可能性。我们的结果很好地解释了一个有效的模型的三维拓扑绝缘体薄膜的结构反转不对称性，表明三个五层Sb 2 Te 3膜是拓扑非平凡的，属于量子自旋霍尔绝缘体类。
2013-04-12 cond-mat.mes-hall
Exchange Field-Mediated Magnetoresistance in the Correlated Insulator Phase of Be Films
我们提出了一个铁磁体和顺磁金属的不同无序之间的邻近效应的研究。薄铍膜沉积到5 nm厚的铁磁绝缘体EuS层上。该双层布置在具有薄层电阻$R\ll R_Q$的低电阻Be膜中诱导几特斯拉的交换场$H_{ex}$，其中$R_Q=h/e^2$是量子电阻。我们发现，$H_{ex}$生存在非常高的电阻膜，事实上，似乎是相对不敏感的被障碍。我们利用这一事实，以产生一个巨大的低场磁电阻的相关绝缘体相的Be薄膜与$R\gg R_Q$。
2012-11-07 cond-mat.mes-hall
Giant Magneto-optical Kerr Effect and Universal Faraday Effect in Thin-film Topological Insulators
当拓扑绝缘体的时间反演对称性被破缺时，它会表现出很强的磁电效应。本文研究了与铁磁体弱交换耦合的拓扑绝缘体薄膜的磁光克尔效应和法拉第效应。我们发现它的法拉第旋转在低频有一个普适值，$θ_{\mathrm{F}} = \mathrm{tan}^{-1}\,α$，其中$α$是真空精细结构常数，它有一个巨大的克尔旋转$θ_{\mathrm{K}} = π/2$。这些性质来自于薄膜腔限制和拓扑绝缘体的螺旋准粒子的表面霍尔电导率之间的微妙相互作用。
2010-07-27 cond-mat.mes-hall
Optical Conductivity of Topological Insulator Thin Films in a Quantizing Magnetic Field
我们确定了量子化外部磁场存在下拓扑绝缘体薄膜的光学响应。我们明确地考虑到杂交之间的顶部和底部表面的状态。杂化和塞曼能量之间的相互作用引起拓扑和正常的绝缘体相和它们之间的相变。研究了两相中以及相变点的光学响应。我们发现，磁光响应的差异可以用来区分系统的正常相位的拓扑相位。此外，光学响应还允许我们确定由拓扑绝缘体薄膜的顶表面态和底表面态之间的杂化产生的间隙。
2014-12-04 cond-mat.mes-hall
Quantum Anomalous Hall Effect in Three-dimensional Topological Insulator/Thin-film Ferromagnetic Metal Bilayer Structure
我们从理论上证明了三维拓扑绝缘体（TI）/薄膜铁磁金属（FMM）双层结构是一种具有宽禁带的量子反常霍尔（QAH）绝缘体.通过对本征态的能带结构和权重分布的研究，我们证明了在3DTI上附加金属薄膜可以使原Dirac点附近的能带杂化，从而使拓扑非平凡态转移到金属层中.通过在薄膜层中引入磁交换相互作用，我们计算了双层结构的反常霍尔电导率和磁各向异性，表明比通常的材料，如3DTI和3DTI/铁磁绝缘体异质结构的磁掺杂薄膜，更宽的间隙实现QAH效应的出现。结果表明，3DTI/薄膜FMM双层结构即使在室温下也能实现QAH效应，这将为其他奇异拓扑量子现象的实验实现铺平道路.
2021-04-09 cond-mat.mes-hall
Double-layer graphene and topological insulator thin-film plasmons
我们提出了耦合无质量狄拉克二维电子系统的光学和声学等离子体激元集体模式的数值和分析结果。我们的研究结果适用于拓扑绝缘体（TI）薄膜和两个石墨烯片由薄的电介质阻挡层分开。我们发现，由于强体介电屏蔽TI声学模式被锁定到顶部的粒子-空穴连续，因此可能无法观察到。
2011-12-07 cond-mat.mes-hall
Effect of surface state hybridization on current-induced spin-orbit torque in thin topological insulator films
研究了在顶、底表面态杂化的情况下，拓扑绝缘体（TI）薄膜中的电流诱导自旋轨道矩。给出了自旋力矩与TI厚度之间的关系，并由此导出了使自旋力矩最大化的TI厚度的最佳值。我们数值计算表明，在典型的TI薄膜制成的$\mathrm{Bi_2Se_3}$，最佳的厚度约为3-5 nm。
2016-12-05 cond-mat.mes-hall
Tunneling Tuned Spin Modulations in Ultrathin Topological Insulator Films
量子隧穿与费米表面自旋极化之间的定量关系是利用拓扑绝缘体表面态进行器件设计的关键。利用p偏振光自旋分辨光电子能谱研究了拓扑绝缘体Bi_2Se_3薄膜的金属-绝缘体转变，发现在一定的薄膜厚度下，远离表面布里渊区中心的动量自旋极化较大.此外，极化显着降低，增强隧道系统实现在薄绝缘膜，而极化的幅度饱和到批量限制更快地在较大的波矢在较厚的金属膜。我们的理论模型计算捕捉到了量子隧穿和费米表面自旋极化之间的微妙关系。我们的研究结果表明，极化电流可以调谐到零，在薄绝缘膜形成的基础上，为未来的自旋开关纳米器件。
2013-07-21 cond-mat.mes-hall
Modification of the hybridization gap by twisted stacking of quintuple layers in a three dimensional topological insulator thin film
扭曲分层材料的堆叠会产生丰富的新物理学。三维（3D）拓扑绝缘体膜在顶表面和底表面上具有二维无带隙狄拉克电子，当膜低于某一临界厚度时，所述狄拉克电子将杂化并在表面态结构中打开带隙。根据文献，可以通过各种参数（例如膜厚度、反转对称性等）来调节杂化带隙。三维强拓扑绝缘体Bi（Sb）Se（Te）族具有通过范德华相互作用堆叠在一起的五重层（QL）组成的层状结构。在这里，我们成功地生长扭曲堆叠的Sb 2 Te 3量子点，并研究扭曲角度的影响下的厚度限制的杂交间隙。我们发现，可以调整的杂化间隙的薄膜的三个量子阱，这可能会导致量子自旋霍尔态。在3-QL膜中发现间隙闭合的特征。该方法的成功应用为研究拓扑绝缘体中的奇异物理开辟了一条新的途径。
2021-08-09 cond-mat.mes-hall
Propagation of Surface Plasmon Polaritons in Thin Films of Topological Insulators
研究了表面等离子激元在拓扑绝缘体薄膜中的传播。所考虑的材料是第二代三维拓扑绝缘体Bi $_2$ Se $_3$、Bi $_2$ Te $_3$和Sb $_2$ Te $_3$。色散关系和传播长度的数值估计，考虑到拓扑绝缘体以及基板使用Drude-Lorentz模型的体介电函数的变化。确定了影响传播长度的关键因素，并提出了修改色散关系的方法。对Bi $_2$ Se $_3$的实验数据与理论值之间的明显差异提出了解释。
2016-01-25 cond-mat.mes-hall
Large Enhancement of Electronic Thermal Conductivity and Lorenz Number in Topological Insulator Bi2Te2Se Thin Films
拓扑绝缘体（TI）由于其体相绝缘而表面导电的特性，引起了人们的广泛关注。然而，对拓扑绝缘体中的热输运，特别是表面态的影响的研究和理解还很缺乏。本文研究了Bi_2Te_2Se_TI薄膜的面内热导率随厚度的变化规律。对于厚度低于20 nm的膜，观察到热导率和电导率的大的增强，这归因于这些膜的表面状态和体绝缘性质。令人惊讶的是，表面的洛伦兹数超过10倍的索末菲值被发现。输运测量表明，当膜厚小于20 nm时，表面是接近电荷中性点。大Lorenz数的可能原因包括表面态Dirac流体中电流和热流的解耦以及涉及表面态的双极扩散输运。
2017-02-06 cond-mat.mes-hall
Effect of chiral selective tunneling on quantum transport in magnetic topological-insulator thin films
采用Landauer-Buttiker方法研究了磁掺杂超拓扑绝缘体薄膜的电子输运性质。手性选择性隧穿在这样的系统中，导致传输间隙，并因此电流阻塞解决。当具有相反手性的磁性状态在能量上对齐时，这种量子传输阻塞发生。当电子隧穿由交换场引起的磁势势垒或磁势阱时，可以观察到这一点。证明了当结构反转非对称势或面内磁化作用时，这一手征跃迁规则失效，这一新发现有助于解释拓扑绝缘体薄膜中的量子输运，特别是揭示量子反常霍尔效应的纵向电导行为.此外，利用手性选择性隧穿效应产生的负微分电阻，可以设计磁性拓扑绝缘体薄膜的电子器件。
2017-07-29 cond-mat.mes-hall
Observation of Quantum-Tunneling Modulated Spin Texture in Ultrathin Topological Insulator Bi2Se3 Films
了解异质拓扑绝缘体薄膜中边界模的自旋织构行为对于设计和制备功能纳米器件至关重要。在这里，通过使用自旋分辨光电子能谱与p-偏振光在拓扑绝缘体Bi_2Se_3薄膜，我们报告的隧穿依赖的拓扑绝缘体薄膜的自旋组态的演变跨越金属到绝缘体的转变。我们观察到强烈的结合能和波矢依赖的自旋极化的拓扑表面电子在超薄隙狄拉克锥极限。增强隧穿实现系统的薄绝缘膜的极化显着降低，而在较厚的金属膜在较大的波矢的极化饱和到批量限制更快的幅度。我们提出了一个理论模型，捕捉量子隧穿和费米表面自旋极化之间的这种微妙的关系。我们的高分辨率自旋为基础的光谱结果表明，极化电流可以调谐到零，在薄绝缘膜形成的基础上，为未来的自旋开关纳米器件。
2014-04-10 cond-mat.mes-hall
Coulomb drag in topological insulator films
研究了拓扑绝缘体薄膜上下表面间的库仑阻力。我们推导了包含两层系统完整自旋结构的薄膜自旋密度矩阵的动力学方程，并详细分析了电子-电子相互作用，以恢复所有与库仑阻力有关的项。针对典型的拓扑绝缘体系统，薄膜厚度d达6 nm，我们得到了数值和近似的解析结果的拖曳电阻$ρ_\text{D}$，并发现$ρ_\text{D}$是成正比的$T^2d^{-4}n^{-3/2}_{\text{a}}n^{-3/2}_{\text{p}}$在低温T和低电子密度$n_{\text{a,p}}$，其中a表示的有源层和p的钝化层。此外，我们比较了$ρ_{\text{D}}$与石墨烯，确定定性和定量的差异，我们讨论了多谷的情况下，超薄膜和电子空穴层。
2016-01-11 cond-mat.mes-hall
Interacting Dirac Fermions on a Topological Insulator in a Magnetic Field
我们研究了外磁场中拓扑绝缘体薄膜表面的分数量子霍尔态，其中载流子的狄拉克费米子性质最近才在实验上得到证实.我们的研究表明，分数量子霍尔态在拓扑绝缘体的表面朗道能级中确实是可以观察到的。然而，由于拓扑绝缘体膜的有限厚度以及由于膜的两个表面的朗道能级的混合，与石墨烯中的效应相比，该效应的强度将不同。在较小的膜厚度下，该混合导致激发间隙对膜厚度的强烈非单调依赖性。当薄膜厚度足够大时，最低两个朗道能级的激发能隙强度相当。
2011-08-20 cond-mat.mes-hall
Specular Andreev reflection in thin films of topological insulators
从理论上揭示了在栅电场存在下，薄膜拓扑绝缘体正常超导（N/S）结中出现Andreev镜面反射的可能性。镜面Andreev反射的概率随着电场的增加而增加，并且单位效率的电子-空穴转换发生在实验可达到的宽的电场范围内。我们表明，完美的镜面Andreev反射可以发生在所有的入射角与一个特定的激发能值。此外，我们发现该结构的热导率与温度呈指数关系。我们的研究结果揭示了所提出的拓扑绝缘体薄膜为基础的N/S结构的带内镜面Andreev反射的实现的潜力。
2016-05-04 cond-mat.mes-hall
Electronic and Topological Properties of a Topological Insulator Thin Film Sandwiched between Ferromagnetic Insulators
本文研究夹在两层铁磁绝缘体之间并受栅极电压调控的拓扑绝缘体薄膜，利用格林函数方法计算其自旋极化、反常霍尔效应和磁电阻，并证明通过调节栅压和磁化可实现向反常量子霍尔态的拓扑转变。
2023-09-16 cond-mat.mes-hall
Topological insulator Bi2Se3 thin films grown on double-layer graphene by molecular beam epitaxy
采用分子束外延技术在6 H-SiC（0001）衬底上制备了双层石墨烯，在石墨烯上生长了原子级平坦的拓扑绝缘体Bi 2Se 3薄膜。通过反射式高能电子衍射和扫描隧道显微镜的结合研究，确定了Bi_2Se_3外延薄膜逐层生长的富Se条件和温度判据。原位角分辨光电子能谱测量表明，未掺杂的薄膜具有1.0 \pm 0.2 × 10 ~（11）/cm ~ 2的低缺陷密度，在10个五层厚的薄膜中形成块状绝缘体.
2010-07-06 cond-mat.mes-hall
Acoustic phonon dynamics in thin-films of the topological insulator Bi2Se3
瞬态反射率的痕迹测量的纳米尺寸的薄膜的拓扑绝缘体Bi 2 Se 3揭示了GHz范围内的振荡驱动的热载流子光激发与超短激光脉冲的1.51 eV的光子能量的弛豫。这些振荡已经被认为是由声学声子动力学引起的，包括以驻波形式的相干纵向声学声子。随着薄膜厚度从40 nm减小到15 nm，振荡频率从~35 GHz增加到~70 GHz，这归因于两种不同模式之间的相互作用，对于厚度大于40 nm的薄膜，采用行波模式;对于厚度小于40 nm的薄膜，采用薄膜体声波谐振器（FBAWR）模式。当Bi_2Se_3膜中的间接界面耦合将FBAWR机制切换到兰姆波激发时，对于厚度低于15 nm的膜，振荡的幅度迅速衰减。相干纵向声学声子的频率范围与Bi 2Se 3的弹性性质很好地一致。
2015-04-14 cond-mat.mes-hall
Electrically induced strong modulation of magnons transport in ultrathin magnetic insulator films
通过磁绝缘体的磁振子输运可以由电流偏置的重金属栅极控制，该重金属栅极通过磁振子密度来调制磁振子电导率。在这里，我们报告的非线性调制效应在10 $\,$ nm厚的钇铁石榴石（YIG）薄膜。调制效率大于40%/mA。对于400 $\,$ nm宽的Pt栅极，在高DC电流密度（2.2 $\times 10^{11}\,$ A/m $^{2}$）下的自旋输运信号饱和，这表明即使在高电流水平下，尽管膜的高磁质量，也不能达到磁不稳定性。
2020-11-16 cond-mat.mes-hall
Intrinsic magnetoresistance in metal films on ferromagnetic insulators
我们预测了正常金属中界面Rashba自旋轨道耦合引起的磁电阻效应|铁磁绝缘双层它取决于电流和磁化方向之间的角度，与由自旋霍尔效应和反自旋霍尔效应的组合作用引起的“自旋霍尔磁阻”机制相同。由于相同的现象，不清楚Nakayama等人报告的磁阻是体金属效应还是界面效应。界面Rashba感生磁电阻可以通过其对金属膜厚度的依赖性而与体金属自旋霍尔磁电阻区分开。
2014-07-14 cond-mat.mes-hall
Spin-pumping and Enhanced Gilbert Damping in Thin Magnetic Insulator Films
薄膜磁绝缘体中的旋进磁化将自旋泵入相邻的金属中;然而，这种现象还没有定量地理解。本文提出了自旋抽运与横模数和面内波矢关系的理论。对于长波长的自旋波，增强吉尔伯特阻尼的横向模式的体积波是两倍的宏观自旋模式，和表面模式，增强可以是十倍或更强。对于短波长交换自旋波，自旋泵浦可以忽略不计。我们证实了我们的分析理论与最近的实验结果一致的数值计算。
2013-03-20 cond-mat.mes-hall
Magneto-optical properties of topological insulator thin films with broken inversion symmetry
我们确定了量子化外部磁场存在下的薄膜拓扑绝缘体的光学响应，同时考虑了表面态之间的杂化、反转对称性破缺和磁场引起的显式时间反演对称性破缺。我们发现，在系统中，这可能是由于与基板或电子门的相互作用，导致在朗道能级交叉，导致额外的光学跃迁通道，以前禁止的反转对称性的破坏。我们表明，通过调整杂交和对称性破缺参数，从正常的拓扑绝缘体阶段的过渡发生在纵向和光学霍尔电导率可测量的签名。
2017-04-12 cond-mat.mes-hall
Topological phase transition and two dimensional topological insulators in Ge-based thin films
利用第一性原理密度泛函理论，讨论了Ge（Bi $_x$ Sb $_{1-x}$）$_2$ Te $_4$薄膜中可能的拓扑相变随层厚和Bi浓度$x$的变化.体材料在$x$ = 1.0时是拓扑绝缘体，在表面布里渊区中心具有单个狄拉克锥表面态，而在$x$ = 0时是平凡绝缘体。通过对能带拓扑结构的系统研究，我们预测，具有$x$ = 0.6，0.8和1.0的Ge（Bi $_x$ Sb $_{1-x}$）$_2$ Te $_4$薄膜是二维（2D）拓扑绝缘体的候选者，其将经历作为$x$的函数的2D拓扑相变。给出了Ge（Bi $_x$ Sb $_{1-x}$）$_2$ Te $_4$薄膜的拓扑相图，以指导实验探索.
2013-12-02 cond-mat.mes-hall
Local photocurrent generation in thin films of the topological insulator Bi2Se3
本文报道了用分子束外延技术生长的Bi_2Se_3薄膜的光电特性。这些薄膜被图案化成电路，典型的延伸范围为数十微米。在空间分辨实验中，我们观察到亚微米光电流模式与积极和消极的幅度。图案与所施加的偏置电压无关，但它们取决于电路的宽度。我们解释的图案起源于当地的光电流产生由于潜在的波动。
2012-10-17 cond-mat.mes-hall
Plasmon-enhanced electron-phonon coupling in Dirac surface states of the thin-film topological insulator Bi2Se3
拉曼光谱测量了Bi_2Se_3拓扑绝缘体薄膜中与狄拉克表面态（SS）相关的Fano型表面声子模，确定了狄拉克SS中电子-声子耦合强度随薄膜厚度的变化范围为2 ~ 40 nm。在8 - 10 nm厚的薄膜中，电子-声子耦合强度呈现出非单调的增强现象，最大值出现在薄膜中。的非单调性建议起源于等离子体-声子耦合，增强电子-声子耦合时，在狄拉克SS中的自由载流子密度随膜厚度的减小而增加，并成为抑制最薄的膜时，在平面和平面外的声子模式之间的非谐耦合发生。8 - 10 nm厚的Bi_2Se_3薄膜的Dirac SS中的电子-声子耦合增强了约4倍，这可能为这类材料的超导起源及其应用提供新的见解。
2015-09-23 cond-mat.mes-hall
Electron-phonon scattering in topological insulator thin films
本文从理论上研究了强拓扑绝缘体薄膜中的电子-声子散射效应。声子模型由各向同性弹性连续介质理论与应力自由边界条件，和螺旋表面狄拉克费米子的相互作用是介导的变形势。我们确定了随温度变化的电阻率$ρ(T)$和准粒子衰减率$Γ(T)$可观察到的光电发射。这两个数量的低温和高温幂律得到解析。提供了Bi $_2$ Se $_3$的全部温度范围的详细估算值。
2011-11-17 cond-mat.mes-hall
Floquet engineering of magnetic topological insulator MnBi$_2$Te$_4$ films
Floquet工程是凝聚态物理电子态调控的重要途径。近年来，磁性拓扑绝缘体MnBi $_2$ Te $_4$及其族的发现为研究量子反常霍尔效应、轴子绝缘体态和拓扑磁电效应等磁性拓扑现象提供了一个有价值的平台。基于有效模型和第一性原理计算，结合Floquet理论，我们揭示了圆偏振光（CPL）诱导奇数七层（SL）MnBi $_2$ Te $_4$薄膜的Chern数的符号反转.相反，CPL驱动的轴子绝缘体状态的量子反常霍尔态在偶数SL MnBi $_2$ Te $_4$薄膜。更有趣的是，如果MnBi $_2$ Te $_4$薄膜中表层和下层之间的范德华能隙稍微扩大，则可以在CPL下实现高的陈数$|C|=2$。我们的工作表明，光可以在MnBi $_2$ Te $_4$薄膜中诱导出丰富的磁性拓扑相，这可能在光电子器件中具有潜在的应用。
2022-10-25 cond-mat.mes-hall
Thin topological insulator film in a perpendicular magnetic field
我们报道了一种在量子化垂直磁场中上下表面杂化的拓扑绝缘体薄膜的研究。我们计算了完整的朗道能级谱的薄膜作为一个功能的所施加的磁场和杂交矩阵元的大小，同时考虑到轨道和塞曼自旋分裂的影响的字段。对于一个未掺杂的薄膜，我们发现一个量子相变之间的状态与零霍尔电导率和一个状态的量子化霍尔电导率等于$e^2/h$，作为一个函数的大小施加的字段。该转变是由塞曼和杂化能量之间的竞争驱动的。
2011-05-10 cond-mat.mes-hall
Large Chern Number Quantum Anomalous Hall Effect In Thin-film Topological Crystalline Insulators
量子反常霍尔绝缘体是一种二维绝缘态，在没有外加磁场的情况下，表现出与量子霍尔态相似的性质。它们具有量子化的霍尔电导$σ^H=Ce^2/h$，其中整数$C$被称为陈数，并且表示无间隙边缘模式的数量。最近的实验表明，掺铬薄膜（Bi，Sb）$_2$ Te $_3$是一种QAH绝缘体，具有陈数$C=\pm1$。在这里，我们从理论上预测，薄膜拓扑晶体绝缘体（TCI）可以托管各种QAH相，当掺杂铁磁有序掺杂剂。$\pm4$之间的任何陈氏数原则上可以作为（a）取决于磁掺杂浓度的感应塞曼场，（b）固有的或由压电材料通过邻近效应感应的结构变形，以及（c）薄膜的厚度之间的相互作用的结果而达到。在TCI中发现的可调陈氏数在超低功耗信息处理应用中具有重要的潜力。
2013-06-23 cond-mat.mes-hall
Topological phases of topological insulator thin films
我们研究了一种拓扑绝缘体材料薄膜的性质。我们处理的螺旋状态之间的耦合在相对的表面的膜在适当的适应隧道近似，并表明隧道矩阵元振荡作为函数的膜厚度和动量在平面的膜Bi $_2$ Se $_3$和Bi $_2$ Te $_3$。因此，虽然表面布里渊区中心的矩阵元的大小给出了能谱中的间隙，但矩阵元的符号唯一地确定了膜的拓扑性质，如通过明确计算赝自旋纹理和陈数所证明的。我们发现一个序列的拓扑和非拓扑阶段之间的过渡，分离的半金属状态，作为薄膜厚度的变化。在拓扑相，薄膜的边缘态总是存在的，但只有在边缘势打破粒子-空穴对称性时才携带自旋流。边缘状态从Bi $_2$ Se $_3$中的边界衰减非常缓慢，使得Bi $_{2}$ Te $_{3}$，其中该尺度较短，是观察这些状态的更有希望的候选者。我们的研究结果适用于独立的薄膜以及具有大间隙绝缘体的异质结构。
2018-01-06 cond-mat.mes-hall
Dynamical density response and collective modes of topological insulator ultra-thin films
我们解析计算了超薄拓扑绝缘体薄膜在金属和绝缘状态下上下表面之间具有有限隧穿的表面内和表面间动态密度-密度线性响应。采用无规相近似，我们研究了该系统在金属区的同相和异相集体密度模的色散。我们发现，在对比传统的二维电子气的双层，其中有限的隧道间隙出的相位模式，在拓扑绝缘体薄膜，这种模式在长波长保持线性。根据不同的系统参数，异相模式的速度可以被调谐为大于或基本上小于拓扑绝缘体的隔离表面上的电子的费米速度。有限隧穿通常会降低集体模式的能量，使它们在空间中更加受限。
2020-03-09 cond-mat.mes-hall
Effect of carrier recombination on ultrafast carrier dynamics in thin films of the topological insulator Bi2Se3
拓扑绝缘体Bi 2 Se 3薄膜（6 - 40 nm厚）的瞬态反射率（TR）揭示了超快载流子动力学，这表明在初始未被占据的高能量狄拉克表面态（SS）的上锥中驻留的电子和在被占据的低能量狄拉克表面态（SS）的下锥中驻留的空穴之间存在辐射和非辐射复合。测量的TR迹线的建模使我们能够得出结论，复合是由于表面缺陷上捕获的电荷引起的在低于~20 nm厚的膜中的体电子的耗尽而引起的。我们预测，这种复合过程可以观察到使用时间分辨的光致发光技术。
2014-10-23 cond-mat.mes-hall
Electron-hole pairing in topological insulator thin film
我们考虑了无质量的狄拉克电子和空穴在三维“强”拓扑绝缘体薄膜的相对表面上的配对。这种配对被预测会产生具有不寻常性质的拓扑激子凝聚体。我们定量估计可实现的临界温度的配对，考虑到自洽屏蔽的库仑相互作用，无序和杂化的电子和空穴状态所造成的隧道通过薄膜。当温度降低时，高于杂交值的间隙的增加可以是配对的可观察特征。讨论了观察电子-空穴配对所需的系统参数。
2012-09-01 cond-mat.mes-hall
Edge states and integer quantum Hall effect in topological insulator thin films
整数量子霍尔效应是二维量子物质的一种拓扑状态，最近在三维拓扑绝缘体薄膜中观察到。本文研究了强磁场作用下拓扑绝缘体中表面狄拉克费米子的朗道能级和边缘态。我们研究了霍尔电导量子平台的形成，发现了两种不同的模式，在一种模式中填充数覆盖所有整数，而在另一种模式中填充数仅覆盖奇数。我们专注于最接近零能量的量子平台，并证明了结构反转不对称导致的量子自旋霍尔效应的崩溃。给出了量子霍尔态随磁场、栅压和化学势变化的相图。本工作建立了一个直观的边缘态图像，以理解拓扑绝缘体薄膜中Dirac电子的整数量子霍尔效应。
2015-02-06 cond-mat.mes-hall
Optical responses and optical activity of ultrathin films of topological insulator
研究了面内磁场作用下拓扑绝缘体薄膜的光学性质。我们发现，由于两层表面态之间的重叠和磁场的结合，光学电导率可以表现出很强的各向异性。这通过影响圆偏振入射光而导致双折射膜的有效光学活性。有趣的是，对于一定范围的磁场，反射光和透射光呈现椭圆特性。即使对于某些值，也获得几乎线性偏振，表明该薄膜可以用作反射中的偏振片。所有这些功能进行了讨论的上下文中的时间反演对称性破缺的旋光性的关键成分之一。
2014-12-11 cond-mat.mes-hall
Non-local sidewall response and deviation from exact quantization of the topological magnetoelectric effect in axion-insulator thin films
具有表面磁性的拓扑绝缘体（TI）薄膜在上下表面磁化方向平行时会表现出量子化的反常霍尔效应（QAHE），而当磁化方向相反（轴子绝缘体相）且薄膜足够厚时会表现出量子化的拓扑磁电（QTME）响应。我们提出了一个统一的图片，这两种效果相关联的偏差，从精确的量子化所造成的有限厚度与非局部性的侧壁电流响应函数。使用现实的紧束缚模型计算，我们表明，在$Bi_2Se_3$ TI薄膜偏离量子化的轴子绝缘体相的大小减少时，紧束缚模型基态的交换耦合到表面附近的局部磁化强度加强。更强的交换耦合也减少了潜在的无序的影响，这是不重要的QAHE，但对QTME，这需要费米能量位于在所有位置的间隙内是有害的。
2021-11-10 cond-mat.mes-hall
One-dimensional topological insulator: a model for studying finite-size effects in topological insulator thin films
作为描述拓扑绝缘体薄膜中有限尺寸效应的模型，我们研究了拓扑绝缘体（TI）的一维有效模型。使用这个有效的一维模型，我们揭示了精确的对应关系的表面波函数的空间轮廓，和依赖的有限尺寸的能隙上的厚度（Lx）的膜。我们解决了边界问题，在半无限和平板的几何形状，以显示的Lx依赖的大小间隙是一个直接测量的表面波函数的振幅在深度x=Lx+1 [在这里，边界条件的选择，使波函数消失在x=0]。取决于参数，边缘态函数示出阻尼振荡（在图2的“TI振荡”区域中），或者变得过阻尼（同上，在“TI过阻尼”阶段）。在原始的3D体TI中，价带和导带的光谱中的不对称性是无所不在的。在这里，我们证明了通过调整这种不对称性，可以驱动从TI振荡到TI过阻尼相位的交叉。
2014-03-06 cond-mat.mes-hall
Enhanced and stable spin Hall conductivity in a disordered time-reversal and inversion symmetry broken topological insulator thin film
我们考虑一个无序的拓扑绝缘体薄膜放置在一个铁磁绝缘体的顶部与一个垂直的交换场$M$和受到一个垂直的电场。铁磁绝缘体的存在导致拓扑绝缘体薄膜的底表面态变为自旋极化的，并且电场在两个表面态之间提供电势差$V$，导致系统中的时间反转和反转对称性的破坏。利用Kubo形式，采用第一玻恩近似和自洽玻恩近似，我们计算了自旋霍尔电导率。我们发现，对于小的$V$值，可以通过远离电荷中性点的大的$M$值产生大的自旋电导率。但是对于大的$V$值，即使在电荷中性点附近具有小的$M$值，也可以促进自旋电导率。顶点校正的效果和稳定性的大自旋电导率对障碍也检查。
2022-09-09 cond-mat.mes-hall
Thin-Film Magnetization Dynamics on the Surface of a Topological Insulator
我们从理论上研究了与强三维拓扑绝缘体表面交换耦合的铁磁薄膜的磁化动力学。我们专注于电子零模的作用，由畴壁（DW）或其他拓扑结构的磁性薄膜中的印记。热力学互惠流体动力学方程的DW响应电子自旋力矩，一方面，和虚构的电动势在电子手征模式的DW，另一方面。一个实验实现说明这一物理提出了基于铁磁条，它削减了拓扑绝缘体表面成两个无间隙区域。在存在铁磁DW的情况下，横向于磁条的手征模式充当耗散互连，其本身是控制（并且相反地，响应于）磁化动态的动态对象。
2012-05-02 cond-mat.mes-hall
Granularity Controlled Non-Saturating Linear Magneto-resistance in Topological Insulator Bi2Te3 Films
我们报告的磁输运性质的化学气相沉积生长的互连Bi 2 Te 3纳米片的薄膜。类似于许多其他拓扑绝缘体（TI）材料，这些颗粒状Bi 2 Te 3薄膜表现出线性磁阻（LMR）效应，这最近受到了很多关注。研究了不同粒度的样品，我们发现LMR的大小与薄膜的平均迁移率（μ）在近两个数量级的变化范围内具有普遍的相关性。根据Parish-Littlewood理论，颗粒控制的LMR效应归因于迁移率涨落引起的经典LMR。这些发现对TI和小带隙半导体材料的基本理解和磁阻器件应用都有影响。
2015-12-28 cond-mat.mes-hall
Quantum Transport in Magnetic Topological Insulator Thin Films
最近报道了在磁掺杂的拓扑绝缘体薄膜中长期寻求的量子反常霍尔效应的实验观察[Chang等人，Science 340，167（2013）]。一个有趣的观察是从霍尔电导的量化平台快速下降，伴随着作为栅极电压的函数的纵向电导的峰值。在这里，我们提出了一个量子输运理论与磁性拓扑绝缘体薄膜的有效模型。理论和实验之间的良好的一致性表明，所测量的运输起源于一个拓扑非平凡的导带，其带边附近，集中的Berry曲率和局部最大群速度。同时也揭示了破缺结构反演和粒子-空穴对称性的不可或缺的作用。研究结果对今后基于第一性原理计算的实验和输运研究具有指导意义。
2013-10-03 cond-mat.mes-hall
Effect of Mn doping on ultrafast carrier dynamics in thin films of the topological insulator Bi2Se3
瞬态反射率（TR）测量在激光光子能量1.51 eV的间接表面间耦合拓扑绝缘体Bi 2-xMnxSe 3薄膜（12 nm厚）揭示了很强的依赖性的上升时间和初始衰减时间常数的光激发载流子密度和Mn含量。在未掺杂的样品（x = 0），这些时间常数是完全由电子-电子和电子-声子散射，分别，而在薄膜与x = 0.013 - 0.27超快载流子动力学完全控制由光激发电子捕获离子化Mn 2+受体和它们的二聚体。当x = 0.27时，薄膜的最短衰减时间（~0.75 ps）表明Mn掺杂的Bi 2Se 3薄膜在高速光电子器件中具有很大的应用潜力。使用拉曼光谱利用类似的激光光子能量（1.58 eV），我们表明，由于间接的膜间耦合，光激发电子捕获在散装增强狄拉克表面态的电子-声子相互作用强度。
2016-03-03 cond-mat.mes-hall
Surface plasmons on a thin film topological insulator
最近，已经表明，由3+1维拓扑绝缘体和金属之间的界面或具有残余体载流子的3+1维拓扑绝缘体和真空之间的界面支持的表面等离子体激元具有与它们的拓扑平凡对应物相比旋转精细结构常数α的有序角的极化。在这项工作中，我们将这种分析推广到更现实的情况下，薄膜，考虑到多次反射的影响。在对称的情况下，由相同的材料包围的薄膜的两侧的两个允许的表面等离激元模式的偏振是不变的，从单界面的情况下，即使它们的色散关系被改变的两个表面层之间的相互作用。在一般的不对称情况下，角度也会受到影响。我们给出了一个简单的解析表达式的谐振条件，确定的角度和解决它的情况下，几乎相同的介电常数的两个介质之间的薄膜微扰。
2011-09-26 cond-mat.mes-hall
Highly Tunable Spin-Orbit Torque and Anisotropic Magnetoresistance in a Topological Insulator Thin Film Attached to Ferromagnetic Layer
研究了拓扑绝缘体（TI）薄膜和磁性绝缘体混合结构中的自旋-电荷转换现象。我们发现一个各向异性的逆自旋电流效应（ISGE），产生一个高度可调的自旋轨道力矩（SOT）。在准弹道极限下，我们还预测了低掺杂时的巨各向异性磁电阻效应。这些效果，没有对应的厚TI，依赖于同时存在的表面状态和面内磁化之间的杂交。ISGE和AMR都表现出对磁化强度和费米能级位置的强烈依赖性，并且可以用于纳米级的自旋电子学和基于SOI的应用。
2020-11-06 cond-mat.mes-hall
Anomalous Hall effects in magnetic weak topological insulator films
本文系统研究弱拓扑绝缘体薄膜中的铁磁、反铁磁和交变磁效应，揭示其可在无外磁场下产生多种反常霍尔效应，为探索弱拓扑绝缘体磁效应提供新见解。
2024-09-04 cond-mat.mes-hall
Maximizing the thermoelectric performance of topological insulator Bi2Te3 films in the few-quintuple layer regime
利用第一性原理计算和玻尔兹曼理论，我们探索了在少-五层结构下最大化拓扑绝缘体Bi 2 Te 3薄膜热电优值（ZT）的可行性.我们发现，微妙的竞争之间的表面和散装的贡献，再加上整体的量子尺寸效应，导致一个新的和通用的非单调的依赖ZT的薄膜厚度。特别地，当系统在增加膜厚度时进入拓扑非平凡状态时，与拓扑表面状态的鲁棒性质相关联的长得多的表面弛豫时间导致最大ZT值，其在物理现实条件下可以进一步优化为~2.0。我们还揭示了吸引人的潜力，桥接长期ZT不对称的p型和n型Bi 2 Te 3系统。
2016-03-23 cond-mat.mes-hall
Parallel field magnetoresistance in topological insulator thin films
我们报道了有限厚度的三维拓扑绝缘体（TI）薄膜在平行磁场中的相位相干输运中产生了可观察到的磁阻效应。将Bi_2Se_3和（Bi，Sb）_2Te_3薄膜的MR数据与现有的平行场磁输运理论模型进行了比较。我们的结论是，TI薄膜带来的平行场输运到一个独特的制度，其中的表面态的耦合，以了解所观察到的MR是必不可少的。从平行场MR中提取的β参数可以在原则上提供一个指数，寻找TI化合物与更多的绝缘体比现有的材料。
2013-07-27 cond-mat.mes-hall
Quantum Anomalous Hall Effect of Magnetic Topological Insulator Thin Films by Phase Boundary Engineering
在考虑磁拓扑绝缘体（TI）自旋耦合的情况下，将TI薄膜的拓扑相图推广到包含面外（OP）和面内（IP）交换场的扩展参数空间中.结果表明，激电场可使相界发生变形，并普遍诱发量子反常霍尔效应。对于对称自旋耦合，极弱的OP和IP交换场通过用栅极偏置调谐SIA来创建QAH状态。对于反对称耦合，没有足够强的IP场，QAH相不存在。这些研究结果表明，在薄膜制度，工程相边界是一个关键的过程，有效地实现和操纵QAH效应的非耗散电子应用。
2015-09-02 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
Resonant manifestations of chiral excitons in magnetooptical Faraday and Kerr effects in topological insulator film
分析了具有磁感应能隙的拓扑绝缘体薄膜表面手征激子在磁光克尔效应和法拉第效应表面谱中的表现。计算了激子对表面光电导张量的贡献。与传统激子相反，手征激子由于具有相反角动量的状态之间缺乏对称性而共振地贡献于霍尔电导率。它们可以导致法拉第角和透射电磁波椭圆率的显著增强。手征激子使克尔角减小，反射电磁波的椭圆率特征显著。实验观察所描述的效果的条件进行了讨论。
2013-06-20 cond-mat.mes-hall
Magnetoelectric effect in topological insulator films beyond the linear response regime
我们研究了拓扑绝缘体薄膜对强磁场和电场的响应。作为一个模型，我们使用的三维晶格Wilson-Dirac哈密顿量，我们同时引入磁场通过Peierls替代和电场作为一个潜在的能量依赖于晶格坐标。通过数值对角化该哈密顿量，计算了电子能谱，得到了量子化的磁电极化率。另外，我们发现由于表面波函数的杂化，磁电效应随着薄膜宽度的减小而消失。此外，在表面之间施加栅电压，我们观察到了几个$θ$项的量子化平台，这些平台主要由顶表面和底表面的朗道能级结构决定。
2014-08-15 cond-mat.mes-hall
Observation of Anderson localization in ultrathin films of three-dimensional topological insulators
安德森局域化（无序系统中不存在扩散输运）已在许多电子系统中表现为跳跃输运，而在最近发现的拓扑绝缘体中尚未直接观察到它。在这里，我们报告的过渡从弱反局域化制度的扩散输运的安德森局域化制度的可变距离跳跃输运的实验演示与x-ray（Bi $_{1-x}$ Sb $_x$）$_2$ Te $_3$薄膜。随着无序变强，由于弱反定域化的负磁导率逐渐被抑制，并且当电子系统变得强定域化时，最终出现正磁导率。这一工作揭示了无序在双拓扑绝缘体薄膜量子输运性质中的关键作用，理论预言了与拓扑相变相关的丰富物理。
2015-05-20 cond-mat.mes-hall
