Electronic properties of SnTe-class topological crystalline insulator materials
近年来拓扑绝缘体的兴起，无论是在凝聚态物理的概念认知上，还是在电子器件的革命性发展上，都有了新的突破。它还刺激了对更多拓扑状态的物质的探索。拓扑晶体绝缘体是一种新的拓扑相，它将电子拓扑和晶体对称性结合在一起。本文综述了SnTe类拓扑晶体绝缘体材料的研究进展。从体拓扑、表面态计算和实验观察等方面的拓扑识别出发，介绍了拓扑晶体绝缘体在各种扰动（包括本征缺陷、化学掺杂、应变和厚度依赖的限制效应）下的电子性质，并讨论了它们独特的量子输运性质.例如狄拉克费米子的谷选择性过滤和螺旋度分辨功能。SnTe类材料具有丰富的性质和高的可调谐性，使其成为新型量子器件的候选材料。
2016-07-16 cond-mat.mtrl-sci
Growth and characterization of high-quality single-crystalline SnTe retaining cubic symmetry down to the lowest temperature studied
SnTe是一种典型的拓扑晶体绝缘体，通常在低温下表现出从高度对称的立方相到菱面体结构的转变。为了实现在低温下的高度对称的立方相适合的量子行为，我们采用了改进的布里奇曼方法生长高品质的单晶样品的SnTe。使用劳厄衍射和摇摆曲线测量的晶体结构的分析显示样品的非常高程度的单一结晶度。电阻率和比热数据并没有显示出结构转变的迹象，下降到研究的最低温度。磁化率表现出抗磁性行为。所有这些性质都表明了典型的具有导电表面态的体半导体的行为，正如拓扑材料中所预期的那样。详细的粉末X-射线衍射测量显示在整个温度范围内研究的立方结构。
2021-11-17 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
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
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
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
Synthesis and characterisation of nanomaterials of the topological crystalline insulator SnTe
拓扑晶体绝缘体（Topological Crystalline Insulators，TCI）是一类新型的材料，它具有奇异的表面态性质，并受到镜像对称性的保护。如果材料的表面积与体积比增加，这些表面特征可以增强，或者可以抑制由材料的体积产生的信号。我们报告的实验程序，以获得高品质的TCI，SnTe，从其中的纳米线和微晶可以生产的气-液-固（VLS）技术的晶锭。详细的表征测量的散装晶体以及纳米线和微晶生产。发现所产生的纳米材料在化学计量上与所使用的源材料相似。电子背散射衍射（EBSD）表明，大部分的纳米晶体生长在邻{001}方向的生长法线。已优化的生长条件，以产生不同的纳米结构的SnTe。
2014-04-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
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
Role of topological surface states and mirror symmetry in topological crystalline insulator SnTe as an efficient electrocatalyst
研究了拓扑晶体绝缘体（TCI）SnTe薄膜析氢反应（HER）性能与表面取向的关系。用线性扫描伏安法和循环伏安法测定了它们的固有活性。发现SnTe（001）和（111）表面的本征活性明显大于（211）表面。密度泛函理论计算表明，纯的（001）和（111）表面都不是好的电催化剂，而具有Sn空位或部分氧化的表面（X射线光电子能谱学证明后者具有高活性。计算结果表明，（001）和（111）两种具有强拓扑表面态（TSS）的表面的整体性能优于具有脆性或不具有TSS的低对称性（211）表面，这一结果进一步得到了它们较弱的反定域强度的支持. SnTe（001）和（111）的高HER活性归因于H原子与TSS之间增强的电荷转移。我们还讨论了可能的表面刻面的效果和三个样品之间的可用活性位点的HER活性的对比。我们的研究表明，TSS和TCI的镜像对称性加速了它们的HER活性。
2021-07-28 cond-mat.mtrl-sci
Large linear magnetoresistance and evidence of degeneracy lifting of valence bands in rhombohedral phase of topological crystalline insulator SnTe
我们报告了一个全面的磁输运研究单晶p型拓扑晶体绝缘体（TCI）的SnTe，跨越的菱形（R3 m）的转变，发生作为温度的函数。良好表征的SnTe晶体的电阻率显示了在T $_s$ $\sim$ 64，K下的正六面体到菱形结构转变和在77，K下的$\sim$ 1.8 $\times$ 10 $^{20}$的载流子密度的证据。在垂直于（100）面的磁场作用下，SnTe表现出很大的非饱和线性磁电阻（LMR），在5 K和8 T下达到42%. LMR被发现有一个直接依赖于流动性和详细的分析表明，它遵循经典的Parish-Littlewood模型的宏观不均匀性所产生的碲间隙原子的电导率波动。我们还观察到SdH振荡在菱面体（R3 m）相的Berry相的$π$和显着较低的载流子密度$\sim$ 5.32 $\times$ 10 $^{11}$ cm $^{-2}$在2 K，这提供了直接的证据，保护拓扑表面状态（R3 m）相。霍尔电导率在结构转变过程中表现出从单带到双带的转变，从而为立方对称性破缺点以下体价带的简并提升提供了实验证据，这与最近的能带结构计算结果是一致的。整体结果表明，磁输运研究可以清楚地探测SnTe的表面和体积敏感特性，也可以跟踪在费米能级的简并带的带分裂跨越的π-菱面体（R3 m）转变。
2021-08-18 cond-mat.mtrl-sci
Thin film growth of a topological crystal insulator SnTe on the CdTe (111) surface by molecular beam epitaxy
我们报道了在CdTe模板上的SnTe（111）层的分子束外延生长，该模板是通过在GaAs（111）A衬底上沉积SnTe（111）层而不是传统上用作衬底的BaF $_2$来制造的。通过优化SnTe和CdTe层的生长温度，我们可以获得仅在（111）取向上生长的单相的SnTe层，并且与在BaF $_2$上生长的层相比，从平坦区域的延伸和平坦度的角度来看，其表面形貌得到了很大的改善。在这种最佳的生长条件下，我们也实现了10 $^{17}$ cm $^{-3}$的顺序在4 K，有史以来最低的值SnTe薄膜没有额外的掺杂的空穴密度。在这种优化的SnTe层的磁阻测量中，我们观察到特征负磁导率，这是由于在拓扑表面状态的二维输运的弱反局域化效应。
2016-05-07 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
Magnon-mediated perpendicular magnetization switching by topological crystalline insulator SnTe with high spin Hall conductivity
本研究在室温下利用拓扑晶体绝缘体SnTe的高自旋霍尔电导率产生磁振子流，穿过NiO层对CoFeB施加磁振子力矩，实现垂直磁化低功耗翻转，功耗较Bi2Te3对照样品降低22倍。
2025-01-27 cond-mat.mtrl-sci
Synthesis of SnTe Nanoplates with {100} and {111} Surfaces
SnTe是一种拓扑晶体绝缘体，其具有受晶体对称性保护的自旋极化、Dirac色散表面态。在SnTe的{100}、{110}和{111}表面上存在多个表面态，表面态的能带结构取决于特定表面的镜像对称性。因此，为了选择性地访问表面状态，关键是控制SnTe的形态，使得仅存在期望的结晶表面。在这里，我们使用气-液-固和气-固生长机制生长SnTe纳米结构。以前，SnTe纳米线和纳米晶体已经生长。1 -4在本报告中，我们展示了横向尺寸跨越数十微米和厚度为一百纳米的SnTe纳米片的合成。顶面和底面是（100）或（111），最大化这些曲面上的拓扑曲面状态。这些SnTe纳米片上的磁输运显示出高的体载流子密度，与由于诸如Sn空位的缺陷而产生的体SnTe晶体一致。此外，我们观察到在这些纳米片的结构相变从高温岩盐到低温菱面体结构。对于具有非常高的载流子密度的纳米片，我们观察到在低温下电阻略有上升，表明电子-电子相互作用。
2014-06-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Interfacial-state coupling induced topological phase transitions in SnTe (110) thin film
拓扑绝缘相的一个定义性特征是受保护的界面狄拉克态。SnTe是一种典型的拓扑晶体绝缘体，其（110）薄膜具有两个界面态谷，且谷与界面态无关。利用界面态的衬谷耦合，我们设计了（110）SnTe薄膜系统的各种二维拓扑相。我们的第一性原理计算表明，两个谷的表面态耦合强度独立地随薄膜的厚度而变化，导致两个二维拓扑晶体绝缘体和量子自旋霍尔绝缘体。最有趣的是，通过构建SnTe薄膜的纳米线阵列，纳米带的边态耦合可以进一步诱导上述拓扑相之间的拓扑相变，具有高度的可调谐性，这提供了多模量子输运，在电子和自旋电子器件中具有潜在的应用。
2016-11-10 cond-mat.mtrl-sci
Experimental evidence for topological surface states wrapping around bulk SnTe crystal
我们证明了金属拓扑表面态包裹在三维拓扑晶体绝缘体SnTe的所有侧面。这是通过研究振荡量子磁输运和磁化在倾斜的磁场，使我们能够观察到从相邻的样品侧的同时贡献。考虑到SnTe库对费米能级的钉扎作用，我们成功地从理论上描述了磁化强度的deHaas-vanAlphen振荡。所确定的表面态的π-Berry相位证实了它们的狄拉克费米子性质。我们独立地观察到振荡的贡献，磁输运和磁化起源于散装SnTe水库的高孔密度。结果表明，体朗道态和表面朗道态是平行存在的。我们的主要结果是：拓扑表面态四面包围着体库，这一结果具有普适性。
2017-07-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Highly active hydrogen evolution facilitated by topological surface states on a Pd/SnTe metal/topological crystalline insulator heterostructure
近年来，拓扑量子材料作为一种很有前途的析氢反应电催化剂出现。然而，它们的大部分性能在很大程度上落后于基准铂（Pt）等贵金属。本文采用分子束外延技术和电子束蒸发技术制备了Pd（20 nm）/SnTe（70 nm）异质结构，其电催化活性远高于纯Pd（20 nm）薄膜，甚至高于商业Pt箔。这种异质结构采用的提取周转频率值比Pd（20 nm）薄膜在0.2 V的电位下的提取周转频率值高两倍以上，表明每个Pd位点的本征活性高得多。密度泛函理论计算表明，传统的d带理论，适用于许多过渡金属异质结构，不能解释的电催化性能的增强。相反，我们发现SnTe（001）底层的拓扑表面态（TSS）起着关键作用;电子从Pd表面和吸附的H原子转移到SnTe（001）的TSS，导致较弱的Pd-H结合强度和更有利的氢吸附自由能。我们的工作首次表明，金属/拓扑量子材料异质结构可能是一种突出的催化剂，可以享受HER活性优于商业Pt箔，并提供了一个有前途的方向，以优化基于拓扑量子材料的电催化剂的性能。
2022-09-01 cond-mat.mtrl-sci
Engineering relativistic effects in ferroelectric SnTe
自旋-轨道耦合越来越被视为新现象的丰富来源，如最近围绕拓扑绝缘体和Rashba效应的兴奋所示。我们在这里表明，除了铁电自由度的半导体具有拓扑非平凡的属性，如SnTe，合并了有趣的自旋轨道驱动的物理领域与非易失性功能的自旋电子学呼吁。通过使用各种建模技术，我们表明，一个惊人的丰富的相序列，可以诱导在SnTe，当从室温立方相到低温铁电结构，从拓扑晶体绝缘体的时间反演不变的$Z_2$拓扑绝缘体的“铁电Rashba半导体”，表现出巨大的电可控Rashba效应的散装能带结构。
2014-10-31 cond-mat.mtrl-sci
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
Single Crystalline Colloidal Quasi-Two-Dimensional Tin Telluride
本研究开发了热注入法胶体合成准二维单晶SnTe纳米带的方法，通过添加特定试剂调控其尺寸，证实其具有红外吸收特征与量子限域效应，为红外光学等领域应用提供了新材料。
2020-05-18 cond-mat.mtrl-sci
Topological Properties of SnSe/EuS and SnTe/CaTe Interfaces
采用密度泛函理论计算了拓扑晶体绝缘体SnSe和SnTe分别与磁性绝缘体EuS和非磁性绝缘体CaTe的外延（111）界面的电子结构.我们考虑了真空区的界面平板模型和无真空的周期性异质结构。我们发现，21 meV的间隙在$Γ$点和9 meV的M点出现在拓扑状态的SnSe/EuS界面，由于磁邻近效应，这打破了时间反演对称性。由于界面处的能带弯曲，在$Γ$处的表面态在费米能级以下移动88 meV，并且在M处的表面态在费米能级以上移动47 meV。通过比较，在SnTe/CaTe的界面处的拓扑状态不受非磁性CaTe的存在的扰动。
2020-03-04 cond-mat.mtrl-sci
Broken mirror symmetry tuned topological transport in PbTe/SnTe heterostructures
拓扑表面态的可调谐性和狄拉克能隙的可控打开对于拓扑材料的应用具有重要意义。在拓扑晶体绝缘体（TCI）中，晶体的对称性和能带的拓扑性相互交织，形成拓扑表面态，从而通过晶格的对称性破缺结构变化来调制狄拉克能隙。通过对由p型拓扑晶体绝缘体SnTe和n型常规半导体PbTe组成的异质结的输运测量，我们发现在PbTe/SnTe界面处由狄拉克费米子引起的巨线性磁电阻（在2K、14 T下高达2150%）。相反，在100 K以下，PbTe/SnTe样品表现出SnTe晶格的立方到菱面体结构的相变和弱的反局域化效应。这种独特的磁电阻行为归因于镜面对称性的破缺和拓扑表面态的能隙。我们的工作为未来基于TCI异质结构的磁电子学和自旋电子学提供了一个有前途的应用。
2018-05-05 cond-mat.mtrl-sci
Anomalies in the temperature evolution of the Dirac states in a topological crystalline insulator SnTe
拓扑保护表面态的发现，被认为是免疫弱无序和热效应，开辟了一条新的途径，揭示异国情调的基础科学和先进技术。虽然时间反演对称性在大多数这样的材料中起着关键作用，但是体晶体对称性（例如镜像对称性）保留了拓扑晶体绝缘体（TCI）的拓扑性质。很明显，任何结构变化都可能改变TCI的拓扑性质。为了研究这一相对未知的景观，我们研究了狄拉克费米子状态的温度演化的一个典型的镜像对称保护的TCI，SnTe采用高分辨率角分辨光电子能谱和密度泛函理论的研究。实验结果揭示了一个令人困惑的情况;在22 K观察到的体带移动到更接近费米能级在60 K，并再次移回更高的结合能在120 K。表面狄拉克带在22 K时的斜率在60 K时变小，在120 K时又变回较大值。我们的结果从第一性原理计算表明，这些异常可以归因于复杂的结构变化的温度引起的杂化物理的演变。此外，我们发现在费米能级在高温下的狄拉克态的强度急剧下降可能是由于复杂的演化的非谐性，应变等这些结果解决了鲁棒性的拓扑保护的表面状态由于热效应，并强调共价性和非谐性的重要性，在拓扑性质的新兴量子材料。
2021-07-14 cond-mat.mtrl-sci
$(111)$ surface states of SnTe
拓扑绝缘体的表征和应用关键取决于其被保护的表面态，然而，这些表面态可能被平凡的悬挂键态的存在所掩盖。我们的第一原理计算表明，这是原始的$(111)$表面的SnTe的情况。然而，当悬挂键态在适当的化学吸附中被钝化时，预测的表面态展开。我们进一步提取了未折叠的$\barΓ$ -和$\bar M$ -表面态的各向异性费米速度、穿透长度和各向异性自旋织构，这与http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevB.86.081303 Phys.Rev.B86，081303（R）中的理论一致。更重要的是，这种化学吸附方案提供了一个外部控制的相对能量的不同狄拉克节点，这是特别可取的多谷运输。
2014-12-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Direct probe of ferromagnetic proximity effect at the interface in Fe/SnTe heterostructure by polarized neutron reflectometry
本研究通过偏振中子反射法直接探测Fe/SnTe异质结构界面，证实铁磁邻近效应在SnTe表面诱导约3纳米深的铁磁有序并保持至室温，为拓扑器件应用提供新途径。
2019-11-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci hep-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
Revealing surface states in In-doped SnTe superconducting nanoplates with low bulk mobility
在拓扑晶体绝缘体SnTe中的铟（In）掺杂诱导超导性，使得In掺杂的SnTe成为拓扑超导体的候选者。SnTe纳米结构提供了良好定义的纳米级形态和高的表面积与体积比，以增强表面效应。在这里，我们研究了In掺杂的SnTe纳米片，InxSn 1-xTe，x范围从0到0.1，并显示它们的超导性。更重要的是，我们发现，在掺杂降低了体迁移率的InxSn 1-xTe，这样的表面状态，揭示在磁输运，尽管高的体载流子密度。这表现为在高磁场中的二维线性磁阻，其在高达10 K的温度下是独立的。老化实验表明，线性磁电阻对环境条件敏感，进一步证实了其表面起源。我们还表明，在InxSn 1-xTe纳米片中观察到的弱反定域化是一种体效应。因此，我们表明，纳米结构和降低体迁移率是有效的策略，以揭示表面状态和测试的拓扑超导体。
2015-01-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Emergence of quantum transport in SnTe films upon structural refinement
Morgan State University（摩根州立大学）；U.S. Army Research Lab（美国陆军研究实验室）；Towson University（陶森大学）
本文通过脉冲激光烧蚀法制备SnTe薄膜，研究了沉积后退火对其化学计量比、结晶度及相干输运的影响，发现退火可调控SnTe薄膜的磁输运特性，揭示了弱反局域化等量子输运现象的涌现机制。
2026-10-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Altermagnetism induced surface Chern insulator
Center for Functional Nanomaterials, Brookhaven National Laboratory（布鲁海文国家实验室功能纳米材料中心）；Stony Brook University（石溪大学）；University of Pennsylvania（宾夕法尼亚大学）；Flatiron Institute（平顿研究所）
本文提出将交变磁体与拓扑晶体绝缘体耦合实现量子化反常霍尔效应，通过第一性原理计算证明RuO2诱导SnTe表面7 meV能隙，为自旋电子学提供可调拓扑平台。
2025-10-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Strain-induced two-dimensional topological crystalline insulator
University of Jyväskylä（于韦斯屈莱大学）；Aalto University（阿尔托大学）
本研究通过实验和计算证实了应变诱导的二维拓扑晶体绝缘体，观察到具有大能隙的导电边态对，为自旋电子学和纳米电子学提供了新方向。
2024-10-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Towards temperature-induced topological phase transition in SnTe: A first principles study
用第一性原理方法计算了拓扑晶体绝缘体SnTe的体能带结构的温度重整化。我们明确地包括热膨胀引起的电子态的修改和电子-声子相互作用的带反转的效果。我们发现，直接间隙随温度的降低，热膨胀和电子-声子相互作用驱动SnTe的相变到一个拓扑平凡的阶段，随着温度的升高。当材料接近相变时，由于电子-声子相互作用引起的带隙重正化与温度呈非线性关系，而带边附近导带态的寿命与温度呈非单调关系.这些效应对SnTe和其他拓扑绝缘体中的体电子和热电输运具有重要意义。
2020-06-09 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Synthesis of narrow SnTe nanowires using alloy nanoparticles
拓扑晶体绝缘体碲化锡（SnTe）提供了一个丰富的游乐场来研究相关的电子状态，如铁电性，拓扑表面状态和超导性的相互作用。将SnTe制成纳米线进一步诱导由于一维（1D）限制效应的新的电子态。因此，对于输运测量，SnTe纳米线的直径必须变窄，以确保拓扑表面电子的1D限制和相位相干性。本文报道了一种利用合金纳米颗粒作为生长催化剂，以高产率制备窄SnTe纳米线的简便方法。使用该合金纳米颗粒生长的SnTe纳米线的平均直径为85 nm，与使用金纳米颗粒作为生长催化剂的先前的240 nm的平均直径相比几乎减小了三倍。输运测量揭示了纳米线直径对剩余电阻比和磁阻的影响。特别地，观察到SnTe的铁电转变温度随纳米线直径系统地变化。在原位低温冷却的窄SnTe纳米线的透射电子显微镜直接揭示了立方到菱形结构的转变，这是与铁电转变。因此，这些狭窄的SnTe纳米线代表了一个模型系统，以研究电子状态所产生的一维限制，如一维拓扑超导性以及潜在的多带超导性。
2020-10-16 cond-mat.mtrl-sci
Unusual nature of fully-gapped superconductivity in In-doped SnTe
超导体Sn_{1-x} In_{x} Te是一种掺杂的拓扑晶体绝缘体，并已成为重要的候选拓扑超导体，但其超导相图知之甚少。通过对50个高质量气相生长单晶样品的测量，我们发现超导转变温度Tc对In含量x的依赖关系在临界掺杂xc ~ 3.8%时呈现出质的变化，在此点发生结构相变。有趣的是，在铁电菱面体相低于临界掺杂，Tc被发现强烈增强杂质散射。在Sn_{1-x} In_{x} Te中，电子配对的性质似乎在xc上发生了变化。
2013-10-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Thermal topological phase transition in SnTe from \emph{ab-initio} calculations
拓扑绝缘体物理学中的一个关键问题是拓扑非平凡性质是否在有限温度下存在，如果存在，它们是否只在拓扑能隙闭合的温度下消失。在这里，我们研究这个问题，使用量子保真度作为一种措施，通过\emph{ab-initio}方法辅以有效的耗散理论建立在顶部的\emph{ab-initio}电子和声子能带结构。在SnTe的情况下，典型的晶体拓扑绝缘体，我们揭示了存在的特征温度，远低于间隙闭合的，这标志着拓扑状态的相干性的损失。这种跃迁并不存在于纯电子系统中，但一旦我们调用耗散玻色子浴耦合，它就会出现。保真度磁化率随温度变化的特征与能带曲率的变化有关，但只有通过与软声子的非绝热耦合，保真度才出现拓扑相变的特征。我们的论证对谷型拓扑绝缘体是有效的，但原则上可以推广到更广泛的拓扑绝缘体，它包含任何破缺玻色子。
2022-08-24 cond-mat.mtrl-sci math-ph math.MP
Bulk-to-surface misorientation and the spin texture of topological insulators
弱拓扑绝缘体在表面布里渊区具有一组对称的Dirac-Weyl锥，这意味着体的低能流形的主轴与表面法线之间存在取向差。我们表明，这种功能的弱拓扑绝缘体来与一个隐藏的丰富的表面自旋纹理，并通过取向错误的螺旋纹理可以成为一个不寻常的双曲自旋纹理。我们通过比较晶体拓扑绝缘体SnTe（111）表面上的$M$点和$Γ$点Dirac-Weyl锥来说明这种效应。
2020-06-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Persistence of structural distortion and bulk band Rashba splitting in SnTe above its ferroelectric critical temperature
本文通过ARPES研究α-SnTe体态Rashba分裂随温度变化，发现其持续至室温，表明铁电转变存在有序-无序贡献，并否定其(111)表面存在拓扑表面态。
2023-08-31 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
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
Realizing tunable Fermi level in SnTe by defect control
本研究针对拓扑晶体绝缘体碲化锡的费米能级调控需求，提出在化学气相沉积合成中通过控制锡浓度（富锡条件）调控缺陷的方法，经光谱实验验证可实现费米能级上调，为低成本规模化制备定制电子特性材料提供了新途径。
2025-01-24 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
Spin texture in weak topological insulators: the role of bulk states and band bending
我们通过一种超对称的方法推导了弱拓扑绝缘体的自旋织构，该方法包括体隙边缘态和表面能带弯曲的作用。我们发现自旋纹理可以采取四种形式之一：（i）螺旋，（ii）双曲线，（iii）刺猬，与自旋垂直的Dirac-Weyl锥的表面状态，和（iv）双曲线刺猬。在螺旋织构的情况下，能带弯曲确定缠绕数，并且对于所有织构，能带弯曲可以用于将自旋织构极化调整为零。对于弱拓扑绝缘体SnTe，我们证明了引入能带弯曲对于（111）面$Γ$点Dirac-Weyl锥获得正确的织构缠绕数是至关重要的.我们认为，刺猬只会发现在低对称性的情况下。
2020-06-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Topological electronic structure of twin boundaries and twinning superlattices in the SnTe material class
本研究针对SnTe类材料的孪晶界与孪晶超晶格，通过超胞方法结合紧束缚近似计算拓扑性质，发现不同类型孪晶面的拓扑相存在差异，且均形成二维镜面保护的拓扑晶体绝缘体。
2023-04-27 cond-mat.mtrl-sci
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
Interplay of orbital effects and nanoscale strain in topological crystalline insulators
轨道自由度对固体中电子的基本性质有显著的影响。除了影响带宽、带隙、相关强度和色散之外，轨道效应还涉及产生新的电子和结构相，例如Jahn-Teller效应和巨磁阻。在这项工作中，我们第一次展示了带的轨道性质如何导致非平凡的影响，应变的能带结构。利用扫描隧道显微镜和准粒子干涉成像技术研究了应变对拓扑晶体绝缘体SnTe异质外延薄膜电子结构的影响。我们发现了一个令人惊讶的效果，其中在一个方向上施加的应变影响垂直方向上的能带结构。我们的理论计算表明，这种效应直接来自导带和价带的轨道性质。我们的研究结果意味着，微观模型捕捉应变对能带结构的影响，必须包括考虑的轨道性质的频带。
2016-11-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
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
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
Surface States of Topological Crystalline Insulators in IV-VI Semiconductors
拓扑晶体绝缘体（TCI）是由固体的晶体对称性保护的物质的新拓扑相。最近，在Ⅳ-Ⅵ族半导体SnTe和相关合金Pb_{1-x} Sn_{x}（Te，Se）中首次预测和观察到了TCI的实现。将k.p理论与能带结构计算相结合，提出了一种统一的方法来研究Ⅳ-Ⅵ族半导体中TCI晶体表面的拓扑表面态。我们明确推导出k.p哈密顿拓扑表面态的电子结构的散装，从而提供了一个微观的理解体边界对应TCI。根据表面取向，我们发现两种类型的表面态具有不同的性质。特别地，我们预测（111）表面态由四个以时间反演不变动量Γ和M为中心的狄拉克锥组成，而（110）表面态由非时间反演不变动量的狄拉克锥组成，类似于（001）。此外，（001）和（110）表面态都表现出作为费米能的函数的Lifshitz跃迁，这伴随着由能带结构中的鞍点引起的态密度的Van-Hove奇异性。
2013-04-01 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
Strain engineering Dirac surface states in heteroepitaxial topological crystalline insulator thin films
在新发现的拓扑晶体绝缘体（TCI）中，表面态（SS）能带结构的独特晶体保护导致了一系列有趣的应变产生现象的预测，从伪磁场和螺旋平带的出现，到Dirac SS通过应变的可调谐性，可用于构建“应变子”纳米开关。然而，通过应变工程实际实现这种奇异的现象是实验上具有挑战性的，尚未实现。在这项工作中，我们设计了一个实验，不仅产生和测量应变本地，但也直接测量结果对狄拉克SS的影响。我们在原位生长异质外延TCI SnTe薄膜，并利用高分辨率扫描隧道显微镜（STM）对其进行测量。大型STM图像进行了分析，以确定皮尺度的变化，揭示区域的拉伸和压缩应变的原子位置。同时傅里叶变换STM，然后用于确定狄拉克电子上的应变的影响。我们发现，应变不断调谐狄拉克点的动量空间位置，与理论预测一致。我们的工作展示了在基于应变的应用中使用TCI所需的基本机制，并将这些系统建立为纳米器件的高度可调平台。
2015-01-06 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
