Converting normal insulators into topological insulators via tuning orbital levels
通过杂质掺杂调节自旋轨道耦合强度和/或通过应变工程改变键合强度是将普通绝缘体转化为拓扑绝缘体的主要途径。本文提出了一种通过调节轨道能级来实现拓扑相变的策略。基于这一策略，我们的第一性原理计算表明，碳替代掺杂可以促进立方钙钛矿型化合物CsGeBr $_3$和CsSnBr $_3$的拓扑相变.这种独特的拓扑相变主要是由于碳掺杂剂的较低轨道能量，这可以拉低导带，甚至诱导带反转。除了传统的方法，我们的发现调整轨道水平可能会大大扩大拓扑非平凡材料的范围。
2015-11-03 cond-mat.mtrl-sci
Topological crystalline insulator states in Pb(1-x)Sn(x)Se
拓扑绝缘体是一类新型的量子材料，其时间反转对称性、相对论（自旋-轨道）效应和反向能带结构导致在大块晶体表面上形成电子金属态。这些螺旋状态表现出狄拉克一样的能量分散体带隙，它们是拓扑保护。最近的理论建议表明拓扑晶体绝缘体的存在，这是一类新型的拓扑绝缘体，其中晶体对称性取代了拓扑保护中的时间反演对称性[1，2]。在这项研究中，我们表明，窄隙半导体Pb（1-x）Sn（x）Se是一个拓扑晶体绝缘体x = 0.23。温度依赖的磁输运测量和角分辨光电子能谱学表明，该材料经历了一个温度驱动的拓扑相变从平凡的绝缘体的拓扑晶体绝缘体。这些实验发现为拓扑绝缘体家族增加了一个新的类别。我们期望这些结果将是一个相当大的机构的拓扑晶体绝缘体以及拓扑相变的详细研究的额外研究的开始。
2013-08-15 cond-mat.mtrl-sci
Magnetic proximity effect at the 3D topological insulator/magnetic insulator interface
磁邻近效应是由拓扑绝缘体和磁性材料层组成的异质结构的基本特征，因为它是具有新颖量子功能的器件中的许多潜在应用的基础。以Bi $_2$ Se $_3$ /MnSe（111）体系为例，利用密度泛函理论研究了三维拓扑绝缘体/磁绝缘体（TI/MI）界面的磁邻近效应.我们证明了在界面附近出现一个能隙的普通束缚态，其能谱依赖于界面势。由于拓扑绝缘体向更深的原子层迁移，系统中也出现了带隙的拓扑狄拉克态。狄拉克锥中的能隙起源于拓扑态和普通界面态的重叠。这一结果也被证实的分析模型，是一个关键方面的磁邻近效应机制的TI/MI结构。
2013-04-04 cond-mat.mtrl-sci
Atomic-ordering-induced quantum phase transition between topological crystalline insulator and Z2 topological insulator
单一材料中的拓扑相变通常是指平凡带绝缘体和拓扑狄拉克相之间的转变，但这种转变也可能发生在不同类别的拓扑狄拉克相之间。然而，在同一材料中实现Z2非平凡拓扑绝缘体（TI）和拓扑晶体绝缘体（TCI）之间的量子跃迁是一个根本的挑战，因为Z2 TI和TCI对能带反转数目的矛盾要求使得它们很难共存于同一材料中。Z2 TI在所有的时间反演不变动量上必须有奇数个带反转，而新发现的TCIs作为受潜在晶体对称性保护的拓扑狄拉克材料的一个独特类别，拥有偶数个带反转。以PbSnTe_2合金为例，说明在适当的合金成分下，原子有序化是调节合金对称性的有效途径，当合金从无序相有序化为稳定的CuPt相时，可以实现TCI相和Z_2 TI相的电转换。我们的研究结果表明，原子有序提供了一个新的平台，在不同的拓扑相位之间切换。
2017-02-19 cond-mat.mtrl-sci
Screening potential topological insulators in half-Heusler compounds via compressed-sensing
三元半Heusler化合物具有广泛的可调电子结构，为发现拓扑绝缘体提供了一个新的平台。然而，由于耗时的计算和综合过程，新的拓扑绝缘体的识别是一项艰巨的任务。本文采用压缩传感方法快速筛选半Heusler族中的势拓扑绝缘体，该方法通过只依赖于组成原子基本性质的二维描述子实现.除了有限的训练数据，建议的描述符被用来筛选许多新的半Heusler化合物，包括那些与整数和分数的化学计量比，并预测了大量的可能的拓扑绝缘体。
2020-04-26 cond-mat.mtrl-sci
Antiferroelectric topological insulators in orthorhombic $A$MgBi compounds ($A=$ Li, Na, K)
介绍了反铁电拓扑绝缘体作为一类新型的功能材料，它可以通过外加电场来控制拓扑有序性，并诱导拓扑相变。使用第一性原理方法，我们预测，几个碱镁铋正交的$ABC$家族的化合物的成员是反铁电拓扑绝缘体。我们还表明，外延应变和静水压力可以用来调整这些$ABC$化合物的拓扑顺序和带隙。反铁电拓扑绝缘体可以利用电场精确控制拓扑结构，增强拓扑材料在电子学和自旋电子学中的应用。
2017-06-01 cond-mat.mtrl-sci
Theoretical search for half-Heusler topological insulators
为了寻找拓扑绝缘体的新候选者，我们对两千多个半赫斯勒化合物进行了从头算能带结构计算。本文中，LiAuS和NaAuS被发现是最强的拓扑绝缘体，体带隙分别为0.20和0.19 eV，不同于其他Heusler拓扑绝缘体中报道的零带隙特征。由于Heusler结构的反转不对称性，它们在顶面和底面上的拓扑表面态分别呈现p型和n型载流子。因此，这些材料可以作为极性拓扑绝缘体作为实现拓扑磁电效应的理想平台。此外，这些拓扑表面态在上狄拉克锥中表现出右手自旋织构，这将它们与目前已知的拓扑绝缘体材料区分开来。它们的拓扑非平凡的字符仍然强大的面内应变，这使得它们适合于薄膜的外延生长。
2014-05-06 cond-mat.mtrl-sci
Topological insulators in filled skutterudites
基于从头计算，我们在铈填充方钴矿（FS）化合物中发现了新的拓扑绝缘体。我们发现CeOs_4As_（12）和CeOs_4Sb_（12）是Os-d和Ce-f轨道之间具有带反转的零能隙材料，因此它们是二维和三维拓扑绝缘体的母体化合物，就像块体HgTe一样。在低温下，这两种化合物都变成拓扑近藤绝缘体，它们在本体上是近藤绝缘体，但在边界上具有鲁棒的狄拉克表面态。这种新的拓扑绝缘体家族与以前的相比具有两个优点。首先，它们可以与其他超导FS化合物具有良好的邻近效应，实现Majarona费米子。其次，CeOs_4Sb_（12）在低温下的反铁磁性为实现具有新拓扑现象的大质量狄拉克费米子提供了一种途径。
2011-04-01 cond-mat.mtrl-sci
Helical Edge Modes near Transition to Topological Insulator with Indirect Gap
螺旋边缘模式是二维拓扑绝缘体的特征。本文证明了在一定条件下，螺旋边模在过渡到普通绝缘体或半金属时仍然存在。在正方形网格上的紧束缚模型中考虑了直边和锯齿边。重点研究了体拓扑绝缘体中间接带隙的情况，得到了跃迁两侧的边缘模谱。对于直边，具有强粒子-空穴非对称性的拓扑绝缘体中的螺旋边模在动量空间中存在重入区。边缘模式甚至出现在普通绝缘体中，但在半金属中不存在。在锯齿形边缘，螺旋边缘模式在半金属和普通绝缘体中都存在。然而，在普通绝缘体的能隙内不存在边缘模。所有结果都是通过分析得到的。
2010-11-08 cond-mat.mtrl-sci
New Candidates for Topological Insulators : Pb-based chalcogenide series
在这里，我们从理论上预测，一系列的铅基层状硫族化合物，Pb $_n$ Bi $_2$ Se $_{n+3}$和Pb $_n$ Sb $_2$ Te $_{n+3}$，是可能的新的候选人的拓扑绝缘体。随着$n$的增加，发现从拓扑绝缘体到能带绝缘体的相变发生在$n=2$和3之间。值得注意的是，在新的拓扑绝缘体中，我们在PbBi $_2$ Se $_4$中发现了0.40 eV的体带隙，这是最大带隙拓扑绝缘体之一，并且Pb $_2$ Sb $_2$ Te $_5$位于拓扑相边界的紧邻处，使得其拓扑相容易通过改变外部参数（例如晶格常数）来调节。由于相边界处的三维狄拉克锥，在Pb $_2$ Sb $_2$ Te $_5$中也可以容易地获得无质量的狄拉克费米子。
2010-07-30 cond-mat.mtrl-sci
The search for strong topological insulators
拓扑绝缘体[1-6]是物质的一种新的量子相，具有奇异的性质，如无耗散输运和防止安德森局域化[7]。量子物质的这些新态可能是实现量子计算[8，9]所缺少的环节之一，并可能导致新的自旋电子或磁电器件。此外，拓扑绝缘体在电子应用方面将是石墨烯的有力竞争者。由于这些潜在的应用，拓扑绝缘体的研究在过去的一年里几乎爆炸式地发展。由于迄今为止只有少数3D系统被确定属于这个新的量子阶段[10-18]，我们使用了大量计算与数据挖掘相结合来寻找新的强拓扑绝缘体。在这封信中，我们提出了一些非层状化合物，显示带反转的$Γ$点，一个强的拓扑绝缘体的明确信号。
2010-07-27 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
Recent advancements in the study of intrinsic magnetic topological insulators and magnetic Weyl semimetals
拓扑绝缘体和拓扑半金属的研究一直处于凝聚态物理和材料科学的前沿。这两类材料的特征在于由本体能带结构的拓扑结构产生的稳健的表面状态，并表现出奇异的输运性质。当磁性存在于拓扑材料中并打破时间反演对称性时，可以产生更多奇异的量子现象，如量子反常霍尔效应、轴子绝缘体、大本征反常霍尔效应等。本文简要综述了磁性拓扑材料，包括内禀磁性拓扑绝缘体和磁性Weyl半金属的最新研究进展。
2020-08-25 cond-mat.mtrl-sci
Emergence of a weak topological insulator from the Bi$_x$Se$_y$ family and the observation of weak anti-localization
强拓扑绝缘体的发现导致了凝聚态物理的巨大活动和新型拓扑材料的发现。基于铋的硫族化物是示例性强三维拓扑绝缘体，其在所有表面上具有奇数个无质量狄拉克费米子态。一个与这个概念不同的想法是弱拓扑绝缘体，其中只有某些表面终端主机表面状态的特点是偶数狄拉克锥导致令人兴奋的新物理。然而，在实验上，弱拓扑绝缘体已被证明是难以捉摸的。在这里，我们报告发现了一个弱的拓扑绝缘体（WTI），铋硒，铋硫族化物家庭的间接带隙为42毫电子伏。它的结构单元由铋双层（Bi $_2$）组成，铋双层是夹在两个Bi $_2$ Se $_3$单元之间的已知量子自旋霍尔绝缘体，两个Bi $_2$ Se $_3$单元是三维强拓扑绝缘体。角分辨光电子能谱（ARPES）测量和密度泛函理论（DFT）计算证实了BiSe的弱拓扑绝缘态的存在。此外，我们已经进行了磁输运测量单晶片以及薄膜的BiSe，表现出明显的签名弱反本地化在低温下，符合拓扑绝缘体的属性。
2016-05-05 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
Actinide Topological Insulator Materials with Strong Interaction
拓扑带绝缘体最近被发现在自旋轨道耦合的二维和三维系统。在这项工作中，我们从理论上预测了一类拓扑莫特绝缘体的相互作用的影响起主导作用。在锕系元素中，由钚和钚形成的简单岩盐化合物位于金属到绝缘体转变的边界上。我们表明，相互作用驱动的量子相变的拓扑莫特绝缘体阶段与一个单一的狄拉克锥的表面上。
2011-11-04 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Topological Kondo Insulators
近藤绝缘体是一种特别简单的重电子材料，其中重准粒子的填充带产生窄带绝缘体。从Anderson晶格哈密顿量出发，我们对近藤绝缘体的涌现能带结构进行了拓扑分类，并表明这些材料可能具有三维拓扑绝缘相。本文提出了一个计算各种晶格结构的Z_2强、弱拓扑绝缘体指数的通用实用公式。拓扑近藤绝缘行为的实验意义进行了讨论。
2009-12-18 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Spin- and angle-resolved photoemission on the topological Kondo Insulator candidate: SmB6
拓扑近藤绝缘体是一类新型的拓扑绝缘体，其中金属表面态在低温下被拓扑不变量保护在体带隙中。与其他三维拓扑绝缘体不同，拓扑近藤绝缘体中的多体效应保证了真正绝缘的体态，这对于下一代电子器件中的潜在应用至关重要。此外，该系统具有很强的电子相关性，可以作为相互作用拓扑理论的实验平台。这篇专题综述主要介绍了SmB6的最新研究进展，SmB6是拓扑近藤绝缘体的最有希望的候选者，从自旋和角度分辨光电子能谱的角度出发，重点介绍了一些重要的输运结果。
2016-07-11 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Axion Insulator State in a Ferromagnet/Topological Insulator/Antiferromagnet Heterostructure
我们建议使用铁磁绝缘体MnBi_2Se_4/Bi_2Se_3/反铁磁绝缘体Mn_2Bi_2Se_5异质结构来实现轴子绝缘体态。重要的是，这种异质结构中的轴子绝缘体状态仅取决于铁磁绝缘体的磁化强度，因此可以在宽范围的外部磁场中观察到。使用密度泛函计算和模型哈密顿模拟，我们发现，顶部和底部表面有相反的半量子霍尔电导，与一个相当大的全球自旋间隙为5.1毫电子伏开放的拓扑表面状态的Bi 2Se 3。我们的工作提供了一个新的策略，通过使用范德瓦尔斯反铁磁绝缘体以及三维拓扑绝缘体的轴子绝缘体的搜索。
2018-10-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Magnetically Controllable Topological Quantum Phase Transitions in Antiferromagnetic Topological Insulator MnBi$_2$Te$_4$
近年来，反铁磁拓扑绝缘体（TI）MnBi $_2$ Te $_4$的发现引发了人们对新的磁拓扑物理的探索。基于第一性原理计算，我们发现磁性取向和有序度的改变不仅显著影响了MnBi $_2$ Te $_4$中的材料对称性和轨道杂化，而且导致了新的磁性拓扑相的变化.因此，我们预测了一系列不寻常的拓扑量子相变，是磁性可控的材料，包括相变从AFM TI到AFM镜拓扑晶体绝缘体，从II型到I型拓扑Weyl半金属，从轴子绝缘体到陈绝缘体。这些发现为磁性拓扑材料的未来研究和应用开辟了新的机会。
2019-05-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Topological magnetic dipolar interaction and non-local electric magnetization control in topological insulator heterostructures
在拓扑绝缘体中预测的磁电效应使得结合磁性材料和这种绝缘体的异质结构成为自旋电子学应用的有希望的候选者。在这里，我们从理论上考虑的设置，表现出两个良好分离的界面之间的拓扑绝缘体和铁磁绝缘体。我们发现，有一个拓扑磁偶极-偶极相互作用源于长程库仑相互作用。我们解析推导出在两个接口的磁化动力学，并讨论如何可以应用到非本地的远程耦合诱导形成的磁性纹理在一个接口通过适当的门控其他接口。
2016-07-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Induced spin texture in semiconductor/topological insulator heterostructures
我们发现，半导体薄膜可以获得一个非平凡的自旋织构由于邻近效应诱导的拓扑绝缘体。该效应源于与拓扑表面态的耦合，即使绝缘体被掺杂也存在。我们提出了一种半导体/拓扑绝缘体异质结构作为一种设备，允许测量界面特性和探测未补偿样品的表面状态。我们还发现，拓扑绝缘体表面模式可以显着拓宽和移动的存在下，金属接触。
2011-08-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Mott Physics on Helical Edges of 2D Topological Insulators
我们研究了自旋轨道相互作用对蜂窝晶格上拓扑绝缘体电子关联的影响。精确的变分Monte Carlo计算表明，增加现场库仑相互作用导致的螺旋边缘金属态的电荷Drude重量的强烈抑制，导致一个假定的莫特过渡从传统的拓扑绝缘体的边缘莫特绝缘体过渡到大块反铁磁绝缘体。中间体拓扑和边缘Mott绝缘体相具有受保护的时间反转对称性的螺旋自旋液体特征。
2010-12-13 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
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
High-order topological insulators from high-dimensional Chern insulators
拓扑绝缘体是一种新的物质状态，它们有一个共同的功能：：它们的光谱带与非局部整数值指数相关，通常通过量子化的体现象和鲁棒的边界效应来表现。在这项工作中，我们证明了使用降维，高阶拓扑绝缘体的后代从一个手性半金属在更高的维度。具体来说，我们分析了祖先四维陈省身绝缘体的限制，它成为手征和二维二阶拓扑绝缘体的关系。相应地，量子化的电荷积累在角落的2D后代获得和相关的拓扑指数-第一和第二陈数-的祖先模型。我们的方法提供了高阶拓扑绝缘体和拓扑泵的边界状态之间的连接-后者是高维陈省身绝缘体的动态实现。
2019-11-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Higher-order topological insulators and semimetals on the breathing Kagome and pyrochlore lattices
$d$维中的二阶拓扑绝缘体是没有$d-1$维拓扑边界态但具有$d-2$维拓扑边界态的绝缘体。它是传统拓扑绝缘体概念的扩展。高阶拓扑绝缘体已经在正方形和立方晶格中进行了研究。在本文中，我们推广到呼吸Kagome和烧绿石晶格。首先，我们在呼吸Kagome晶格上构造了一个二阶拓扑绝缘体。三个拓扑边界状态出现在三角形的角上，在每个角上实现1/3的分数电荷。其次，我们在呼吸烧绿石晶格上构造了一个三阶拓扑绝缘体。四面体的四个角上出现四个拓扑边界态，每个角上有1/4分数电荷。这些高阶拓扑绝缘体的特征是量子化的极化，它构成了体拓扑指数。最后，我们研究了一个二阶拓扑半金属通过堆叠呼吸Kagome晶格。
2018-01-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Topological Order Parameters for Interacting Topological Insulators
我们提出了一个相互作用拓扑绝缘体的拓扑序参量，用相互作用系统的全格林函数表示。我们证明了它对于时反不变的拓扑绝缘体是精确量子化的，并且可以通过拓扑磁电效应进行实验测量。这个拓扑序参量可以应用于相互作用和无序系统，并用于确定它们的相图。
2010-12-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Minimal model for higher-order topological insulators and phosphorene
高阶拓扑绝缘体是传统拓扑绝缘体的一种扩展概念，属于一类特殊的拓扑绝缘体，传统的体-边界对应关系不适用于此。体拓扑指数可以由位于晶体的高对称点处的Wannier中心来描述。本文提出了二维二阶拓扑绝缘体和三维三阶拓扑绝缘体的极小模型。它们是具有两个不同跳变参数的各向异性双带模型。二维模型被认为是捕获的费米能级附近的磷烯的基本物理。由于在纳米带中没有拓扑边缘态，它迄今为止被认为是一种平凡的绝缘体。然而，我们证明了零维拓扑边界状态的出现，即，在纳米磁盘中。特别地，金刚石结构在两个角处表现出这样的拓扑状态，每个角携带1/2分数电荷。我们预测这些角态将在磷烯的金刚石结构中观察到。
2018-01-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Theoretical Prediction of Topological Insulators in Thallium-based III-V-VI$_2$ Ternary Chalcogenides
我们预测了一类新的三维拓扑绝缘体在铊基III-V-VI族$_2$三元硫族化合物中的存在，包括TlBiQ $_2$和TlSbQ $_2$（Q = Te，Se和S）.这些拓扑绝缘体具有坚固而简单的表面态，由$Γ$点处的单个狄拉克锥组成。利用第一性原理计算和有效场论模型阐明了拓扑绝缘行为的机理。值得注意的是，此类拓扑绝缘体TlBiTe $_2$在掺杂$p$型载流子时也是超导体。我们讨论了这种材料可能是拓扑超导体的可能性。另一种材料TlSbS $_2$在拓扑绝缘体和平凡绝缘体相之间的边界上，其中拓扑相变可以由压力驱动。
2010-02-27 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Temperature Induced Spin Density Wave in Magnetic Doped Topological Insulators
研究了掺杂等电子磁性杂质的拓扑绝缘体的磁性。结果表明，在零温度下，杂质是铁磁有序的，但当温度升高时，拓扑绝缘体在系统达到顺磁相之前经历了一级相变到自旋密度波相.这一阶段的起源是拓扑绝缘体自旋磁化率对动量的非平凡依赖。我们分析了发生在拓扑绝缘体表面的非均匀磁相位与狄拉克电子系统的耦合。
2012-07-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Molecular Beam Epitaxial Growth of Bi2Te3 and Sb2Te3 Topological Insulators on GaAs (111) Substrates: A Potential Route to Fabricate Topological Insulator p-n Junction
采用固体源分子束外延技术在GaAs（111）衬底上外延生长了高质量的Bi 2 Te 3和Sb 2 Te 3拓扑绝缘体薄膜。用反射高能电子衍射、原子力显微镜、X射线衍射和高分辨透射电子显微镜研究了它们在邻位和非邻位GaAs（111）衬底上的生长和行为。发现非邻位GaAs（111）衬底比邻位GaAs（111）衬底更能获得高质量的Bi_2Te_3和Sb_2Te_3薄膜。霍尔和磁阻测量表明，p型Sb_2Te_3和n型Bi_2Te_3拓扑绝缘体薄膜可以直接生长在GaAs（111）衬底上，这为在同一衬底上制备拓扑绝缘体pn结提供了一条途径，与现有半导体光电子器件的制备工艺相兼容。
2013-03-11 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Topological insulators from the Perspective of first-principles calculations
拓扑绝缘体是一种新的量子态，它具有螺旋形的无带隙边缘态或表面态，这些拓扑表面态对晶格畸变和非磁性杂质等弱的时间反演不变扰动具有很强的鲁棒性。近年来，各种各样的拓扑绝缘体已被理论预测和实验观测。第一性原理计算已被广泛用于预测拓扑绝缘体，并取得了巨大的成功。本文从第一性原理计算的角度综述了该领域的研究进展。首先，简要介绍了拓扑绝缘体的基本概念和第一性原理计算中常用的计算方法。其次，总结了寻找新型拓扑绝缘体的一般方法。最后，基于碲化汞的能带反转图，我们将拓扑绝缘体分为s-p、p-p和d-f三类，并讨论了每类拓扑绝缘体的典型例子。
2012-09-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Topological Insulators
本文回顾拓扑绝缘体的发现历史，阐述其Z2拓扑定义，并介绍扩展拓扑态、代表性材料、合成与实验验证方法，以及拓扑超导、马约拉纳零模和量子反常霍尔效应等衍生现象。
2023-07-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Current Modulator based on Topological Insulator with Sliding Magnetic Superlattice
我们从理论上研究了表面覆盖有滑动磁性超晶格的拓扑绝缘体。通过分析含时Dirac方程，研究了零模的动力学性质。当超晶格的滑动速度小于（大于）拓扑绝缘体的费米速度时，零模被完全（不完全）抽运。我们还提出了这种设置，整流电流或产生脉冲电流的应用。这将为基于拓扑绝缘体的电子器件提供一个原型。
2010-02-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Changes of Magnetism in a Magnetic Insulator due to Proximity to a Topological Insulator
本文报道了相邻拓扑绝缘体Bi_2Se_3薄膜中的拓扑表面态（TSS）对磁性绝缘体Y_3Fe_5O_（12）薄膜磁性的影响。铁磁共振测量结果表明，TSS在Bi2Se3产生垂直磁各向异性，结果在Y3Fe5O12的旋磁比的下降，并提高阻尼。当温度从300 K降低到50 K时，这种TSS诱导的变化变得更加明显。这些结果为磁性薄膜的磁性控制提供了一种全新的途径。
2020-06-07 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
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
A theory of Topological Kondo Insulators
我们研究了近藤绝缘体的属性如何改变时，考虑到潜在的晶体场多重态的对称性。我们采用安德森晶格模型，并考虑其低能物理。我们发现，在一个大类的晶体场配置，近藤绝缘体可以开发一个拓扑非平凡的基态。这种拓扑近藤绝缘体通过非物理大的自旋轨道耦合与非相互作用绝缘体电连接，因此可以被视为相互作用驱动的拓扑绝缘体。通过计算近藤绝缘体安德森晶格模型的纠缠谱，分析了该模型的纠缠熵。纠缠谱的计算结果与表面态的计算结果是一致的。最后，我们讨论了一般近藤绝缘体的最大局部化Wannier波函数的构造。
2011-11-15 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Intrinsic magnetic topological insulators
在拓扑绝缘体中引入磁性破坏了时间反演对称性，并且磁交换相互作用可以在原本无间隙的拓扑表面状态中打开间隙。这允许产生各种新颖的拓扑量子态，包括量子反常霍尔效应（QAHE）和轴子绝缘体态。磁性掺杂和磁性邻近被认为是探索拓扑结构和磁性之间相互作用的有用手段。然而，磁性掺杂的不均匀性导致了复杂的磁有序和小的交换能隙，因此所观察到的QAHE仅在超低温下出现。因此，内禀磁性拓扑绝缘体对于提高QAHE的工作温度和进一步研究拓扑量子现象具有重要意义。这些系统的实现和表征对于基础物理学和潜在的技术革命都至关重要。综述了近年来内禀磁性拓扑绝缘体的研究进展，重点介绍了反铁磁拓扑绝缘体MnBi 2 Te 4及其系列材料。
2021-02-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Large Anomalous Hall Effect in Topological Insulators with Proximitized Ferromagnetic Insulators
报道了由铁磁绝缘体Cr2 Ge 2 Te 6和拓扑绝缘体（Bi，Sb）2 Te 3组成的全碲化物异质结构中邻近驱动的大反常霍尔效应.尽管在（Bi，Sb）2 Te 3层的磁化小，异常霍尔电导率达到0.2e2/h的大值，符合铁磁响应的Cr2 Ge 2 Te 6。结果表明，拓扑绝缘体的表面态与邻近层Cr2 Ge 2 Te 6之间的交换耦合是有效的，并且足够强，可以打开表面态的交换能隙.
2019-06-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Fermi Level Dependent Spin Pumping from a Magnetic Insulator into a Topological Insulator
拓扑自旋电子学的目标是利用拓扑绝缘体螺旋表面态的自旋-动量锁定来实现自旋-轨道力矩器件。我们解决一个基本的问题，仍然没有得到解决，在这种情况下：单独的拓扑表面状态产生的自旋-电荷转换效率的最大值，或者可以强烈的自旋-轨道耦合体状态也有显着的贡献？通过研究拓扑绝缘体/亚铁磁绝缘体双层膜中自旋抽运的费米能级依赖性，我们发现自旋霍尔电导率在费米能级跨体带隙调谐时是恒定的，与完整体带计算结果一致.结果提出了一个新的观点，其中“体-表面对应”允许自旋-电荷转换同时被视为来自完整的体带，或从自旋-动量锁定的表面状态。
2019-06-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Nontrivial surface topological physics from strong and weak topological insulators and superconductors
我们研究了强、弱拓扑绝缘体和超导体表面上的态，这些态都被对称破缺项带隙。众所周知，由磁性材料带隙的强3D拓扑绝缘体的表面具有半量子霍尔效应。此外，已知被电荷密度波带隙的弱3D拓扑绝缘体的表面表现出半量子自旋霍尔效应。为了将这些结果推广到所有的拓扑绝缘体和超导体的Altland-Zirnbauer对称类，我们利用Clifford代数的表示理论重新生成了这10个对称类的分类表，并构造了最小尺寸的Dirac哈密顿量.我们发现，如果表面维数和对称类具有$\mathbb{Z}$或$\mathbb{Z}_2$拓扑不变量，那么所得到的表面态与缺口对称破缺项可能有一个非平凡的拓扑相位。
2014-10-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Monolayer Topological Insulators: Silicene, Germanene and Stanene
本文报道了单层拓扑绝缘体的理论研究进展，包括硅烯、锗烯和锡烯，它们分别是硅、锗和锡的单层蜂窝结构。由于自旋轨道相互作用，它们表现出自然界中的量子自旋霍尔效应。通过施加垂直电场可以调节带隙，从而引起拓扑相变。我们还分析了一般蜂窝系统的拓扑性质以及拓扑绝缘体的分类。明确地确定了蜂窝体系中拓扑绝缘体和超导体的相图。我们还研究了拓扑电子学，包括拓扑场效应晶体管，拓扑基尔霍夫定律和拓扑自旋谷电子学。
2015-03-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Connecting higher-order topological insulators to lower-dimensional topological insulators
近年来，晶体对称性在丰富TI种类中的作用得到了积极的研究。高阶TI是一种新型的拓扑晶体绝缘体，其具有比常规TI表面更低的维数的无隙边界态。在本文中，依赖于一个具体的紧束缚模型，我们表明，高阶TI可以顺利地连接到传统的TI在较低的维度，而没有体隙关闭或对称性破缺。我们的结果支持理解高阶TI作为一个堆叠的低维TI在尊重所有的晶体对称性的方式。
2018-10-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Interacting topological insulators: a review
十多年前量子自旋霍尔效应和拓扑绝缘体的发现，使现代凝聚态物理发生了革命性的变化。今天，物质的拓扑态领域是实验学家和理论家最活跃和最富有成果的研究领域之一。拓扑绝缘体的物理特性通常由能带理论和非相互作用费米子系统很好地描述。相比之下，凝聚态物理中几个最吸引人的效应仅仅是由于电子-电子相互作用而存在的，例如非常规超导，近藤效应和莫特-哈伯德跃迁。这篇评论文章的目的是给拓扑能带结构和相关物理干扰和竞争时出现的多个方向的概述。其中包括拓扑能带结构和相关拓扑绝缘体稳定性的研究。相互作用引起的拓扑相，如拓扑近藤绝缘体提供了另一个令人兴奋的话题。更奇异的物质态，如拓扑莫特绝缘体和分数Chern绝缘体，只存在于拓扑和强相互作用的相互作用，没有任何能带结构的模拟。最后强调了某些过渡金属氧化物的拓扑能带结构与量子阻挫磁性之间的关系。
2018-10-16 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.quant-gas cond-mat.str-el
Pseudo topological insulators
我们预测了以前被忽视的伪拓扑绝缘体。我们确定了一些条件下，强大的伪拓扑边状态出现，并说明我们的想法与额外的手征对称性破缺势的Su-Schrieffer-Heeger（SSH）模型。讨论了在带隙不闭合的情况下发生的赝拓扑绝缘相变。
2018-10-22 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el physics.optics
Topological Insulators at Strong Disorder
拓扑绝缘体是一种新发现的材料，它的一个重要性质是任何切入这种晶体的边界都支持不受安德森局域化影响的光谱。本文总结了我们的努力，这些材料在弱和强无序制度的严格表征。特别地，在某些相关条件下，对于超过一半的拓扑绝缘体分类表，严格证明了定义性质。
2016-01-31 cond-mat.mtrl-sci math-ph math.MP
Opportunities in topological insulator devices
拓扑绝缘体（TI）有望成为新的量子现象的一个有前途的平台，其实验实现需要复杂的设备。在这篇技术评论中，我们讨论了TI器件特别感兴趣的四个主题：拓扑超导性，量子反常霍尔绝缘体作为奇异现象的平台，自旋电子功能和拓扑介观物理。我们还讨论了TI器件制造的现状和技术挑战，以解决新的物理问题。
2021-11-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
