Single-Dirac-Cone topological surface states on pseudo-IV-VI-semimetal/semiconductors: Thallium-based III-V-VI2 Ternary Chalcogenides
我们已经研究了几个类的强自旋轨道硫族化物有关的（Pb，Sn）Te系列研究与狄拉克费米子物理在20世纪80年代。第一性原理计算表明，三元硫族化合物TlBiX $_2$和TlSbX $_2$（X=Te，Se，S）系列在某些选择性表面上具有单一狄拉克锥的小带隙拓扑绝缘体，而等结构和等电子的银基AgBiX $_2$和AgSbX $_2$（X=Te，Se，S）系列则没有。我们发现，几个Tl-化合物是在附近的拓扑临界点。我们确定精确的表面终止，实现了单一的狄拉克锥。单狄拉克锥表面被证明是相关的终止，最大限度地减少悬挂键合效应有利于ARPES实验。我们的结果进一步表明，这类拓扑半金属可能具有与CuxBi_2Se_3（T_c ~ 4K）类似的奇宇称拓扑超导体.
2010-03-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Direct Observation of the Topological Surface States in Lead-Based Ternary Telluride Pb(Bi1-xSbx)2Te4
我们对Pb（Bi 1-xSbx）2 Te 4进行了角分辨光电子能谱研究。Pb（Bi 1-xSbx）2 Te 4是铅基三元碲化物中的一员，理论上被认为是一类新的三维拓扑绝缘体（TI）的候选材料。在PbBi 2 Te 4中，我们发现了一个具有六边形变形的Dirac-cone带色散的拓扑表面态，这表明该材料是在布里渊区中心具有单一拓扑表面态的强TI。用Sb部分取代Bi引起狄拉克载流子浓度的显著变化，导致狄拉克载流子的符号从n型变为p型。Pb（Bi_（1-x）Sbx）_2 Te_4系统的可调谐Dirac载流子为研究奇异拓扑现象提供了一个新的平台。
2011-11-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
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
From Multiple Nodal Chain to Dirac/Weyl Semimetal and Topological Insulator in Ternary Hexagonal Materials
狄拉克半金属（DSM）的主机四重简并孤立带交叉点与线性色散，周围的准粒子类似于相对论狄拉克费米子。它可以用一个4 * 4无质量的狄拉克哈密顿量来描述，这个哈密顿量可以分解成一对外尔点或一个绝缘体。因此，晶体对称性是保证稳定存在的关键。相反，通过破坏晶体对称性，DSM可以转变为外尔半金属（WSM）或拓扑绝缘体（TI）。本文以六方结构的LiAuSe为例，发现在不存在自旋轨道耦合（SOC）的情况下，它是一种星形多节链状半金属。在SOC存在时，它自然是理想的DSM，Dirac点正好位于费米能级，通过引入塞曼外场或磁性掺杂稀土Sm，它将转变为WSM相。它也可以通过破坏旋转对称性转变为TI态。我们的研究表明，DSM是拓扑相变的临界点，这一结论适用于大多数DSM材料，而不仅限于六方晶系材料LiAuSe。
2017-12-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Dirac surface states in magnonic analogs of topological crystalline insulators
我们提出了具有狄拉克表面态的拓扑晶体绝缘体的磁振子类似物的时间反演和半平移的组合对称性的保护。通过建立拓扑磁振子系统的模型，我们证明了由于狄拉克表面态的自旋-动量锁定，系统中的能流响应于电场而流动。我们还提出了一个实现的磁振子类似物的拓扑晶体绝缘体的磁性化合物CrI $_{3}$与单斜结构。
2021-09-18 cond-mat.mes-hall
One-dimensional Dirac electrons on the surface of weak topological insulators
我们证明了一类弱三维拓扑绝缘体的表面具有一维Dirac电子。它们的标志是沿着表面布里渊区的某些方向的线状能量色散。这些一维狄拉克线简并在拓扑上受到对称性的保护，我们称之为面内时间反演不变性。我们展示了这种不变性如何导致狄拉克线堆叠凯恩-梅勒系统和更一般的弱三维拓扑绝缘体模型的表面光谱。
2015-02-15 cond-mat.mes-hall
Quantum Hall effect of Dirac fermions on the surface of a topological insulator
研究了强拓扑绝缘相的Wilson-Dirac型拓扑绝缘体薄膜表面Dirac费米子的量子霍尔效应。虽然磁场破坏了体的时间反演对称性，但即使在强场状态下，表面态也可以存活。我们研究如何朗道水平的表面态的对称性破缺微扰的影响。
2017-03-07 cond-mat.mes-hall
Heavy Dirac fermions in a graphene/topological insulator hetero-junction
石墨烯和三维拓扑绝缘体表面态的低能物理都是用具有线性色散的无隙狄拉克费米子来描述的。在这项工作中，我们预测了一个“重”狄拉克费米子出现在石墨烯/拓扑绝缘体异质结，其中的线性项几乎消失，相应的能量色散变得高度非线性。通过结合{ \it ab initio}计算和一个有效的低能模型，我们明确地显示了如何在石墨烯和拓扑绝缘体的表面态之间的狄拉克费米子的强杂化可以降低狄拉克费米子的费米速度。由于线性项可以忽略不计，相互作用效应将大大增强，并可以驱动“重”狄拉克费米子态到具有非零霍尔电导的半量子霍尔态。
2016-02-29 cond-mat.mes-hall
Topological insulator and the Dirac equation
本文从Dirac方程的角度给出了拓扑绝缘体的一般描述。狄拉克方程的Z_{2}指数总是零，因此狄拉克方程是拓扑平凡的。在引入动量的二次B项以修正狄拉克方程的质量项m或带隙后，将Z_{2}指数修正为：当mB>0时为1，当mB<0时为0。对于固定的B，当质量m的符号改变时，存在从拓扑平凡系统到非平凡系统的拓扑量子相变。得到了修正的Dirac方程在边界附近的一系列解，这是拓扑绝缘体的特征。从束缚态的解和Z_{2}指数，我们建立了狄拉克方程和拓扑绝缘体之间的关系。
2012-06-19 cond-mat.mes-hall
Tunable Multifunctional Topological Insulators in Ternary Heusler Compounds
最近，量子自旋霍尔效应（QSH）在二元半导体碲化汞量子阱中被理论预测和实验实现[1-3]。QSH态和拓扑绝缘体是量子物质的新态，在基础凝聚态物理和材料科学中都有重要的应用[1-11]。许多具有C1 b结构的Heusler化合物是三元半导体，它们在结构和电子上与二元半导体相关。Heusler材料的多样性为调整带隙和通过选择具有适当杂化强度（通过晶格参数）和自旋轨道耦合的大小（通过原子电荷）的化合物来设置所需的带反转打开了广泛的可能性。基于第一性原理计算，我们证明了大约50个Heusler化合物显示出类似于HgTe的能带反转。这些零能隙半导体的拓扑状态可以通过施加应变或设计适当的量子阱结构来创建，类似于碲化汞的情况。这些三元零带隙半导体（LnAuPb、LnPdBi、LnPtSb和LnPtBi）中的许多含有稀土元素Ln，其可以实现从超导性（例如，G. [12]第12话，一个人的幸福。G. GdPtBi[13]）和重费米子行为（e. G. YbPtBi[14]）。这些性质为实现量子化反常霍尔效应和拓扑超导体开辟了新的研究方向。
2010-02-28 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Unified description of Dirac electrons on a curved surface of topological insulators
由无质量狄拉克方程描述的受保护表面态的存在性是拓扑绝缘体的定义性质。虽然这一说法可以明确地验证一个理想化的平面，它仍然有待解决的程度，它可以是一般的。在曲面上，表面狄拉克方程被自旋联系项修正。本文从微分几何的角度出发，给出了从体拓扑绝缘体的哈密顿量出发构造表面Dirac方程的一般框架。得到的统一描述阐明了自旋联系的物理意义。
2013-06-17 cond-mat.mes-hall
Superluminal Tachyonlike Excitations of Dirac Fermions in a Topological Insulator Junction
我们考虑了两个拓扑绝缘体的系统，并确定了结处表面态的性质。在这里，我们报告说，这些国家，在一定条件下表现出超光（快子）的狄拉克费米子色散。虽然超光速激发已知存在于光学系统中，但这是第一次在纯电子系统中展示可能的快子激发。因此，快子的第一个特征可以在拓扑绝缘体结中通过实验发现。
2012-03-26 cond-mat.mes-hall
Dirac-Electrons-Mediated Magnetic Proximity Effect in Topological Insulator / Magnetic Insulator Heterostructures
在拓扑绝缘体/磁性绝缘体异质结构中实现无耗散手征边缘电流的可能性是基于界面处的磁性邻近交换耦合由拓扑绝缘体的狄拉克表面态支配的条件。本文报道了用极化中子反射计观察到的体绝缘拓扑绝缘体（Bi $_{0.2}$ Sb $_{0.8}$）$_{2}$ Te $_{3}$ /磁性绝缘体EuS异质结构中的狄拉克电子介导的磁邻近效应。我们能够通过施加电背栅来将拓扑绝缘体的费米能级调谐到接近电荷中性点来最大化邻近感生磁性。基于抗磁屏蔽的唯象模型被发展来解释在高载流子密度下被抑制的邻近感生磁性。我们的工作为利用拓扑绝缘体/磁性绝缘体异质界面的磁邻近效应进行低功率自旋电子学应用铺平了道路。
2017-06-02 cond-mat.mes-hall
Stability of surface states of weak $\mathbb{Z}_2$ topological insulators and superconductors
我们研究了弱$\mathbb{Z}_2$拓扑绝缘体（超导体）的表面态的无序的稳定性，这些拓扑绝缘体是强$\mathbb{Z}_2$拓扑绝缘体（超导体）的堆栈，考虑在各种空间维度的Altland-Zirnbauer对称类中的代表性狄拉克哈密顿。我们表明，在没有无序，表面狄拉克费米子弱$\mathbb{Z}_2$拓扑绝缘体（超导体）可以缺口出的狄拉克质量项耦合表面狄拉克锥，并导致打破了平移对称性（二聚化）。二聚化质量是表面狄拉克哈密顿量中唯一的狄拉克质量项，并且在狄拉克质量的符号上不同的两个二聚化带隙相由$\mathbb{Z}_2$指数区分。换句话说，二聚表面可以被视为强$\mathbb{Z}_2$拓扑绝缘体（超导体）。我们认为当狄拉克质量项的系综平均值为零时，表面态不被无序局域化。
2014-01-20 cond-mat.mes-hall
Non-Abelian braiding of Dirac fermionic modes using topological corner states in higher-order topological insulator
数值计算表明，高阶拓扑绝缘体角上的拓扑角态具有非阿贝尔编织特性。这种拓扑角态是狄拉克费米子模，而不是马约拉纳零模。我们声称，狄拉克费米子模保护的非平凡拓扑也支持非阿贝尔编织。基于涡旋诱导的狄拉克型费米子模，对这种非阿贝尔编织进行了解析描述。狄拉克费米子模式的辫子算子也解析推导和比较马约拉纳零模式。在实验上，提出了狄拉克费米子模的非阿贝尔编织操作，并通过拓扑电路得到了验证。
2020-01-02 cond-mat.mes-hall
Single-Dirac-cone Z2 topological insulator phases in distorted Li2AgSb-class and related quantum critical Li-based spin-orbit compounds
我们已经扩展了我们的新材料类搜索，以从二元[Bi 2Se 3-class，Xia et.al.，5，398（2009）]和三元[Half-Heusler类，Lin等人，arXiv：1003.0155v1（2010）; arXiv：1003.2615v1（2010）]系列到具有CuHg 2 Ti型结构的非Heusler Li基三元金属间化合物系列Li 2 M“X（$M'$ =Cu、Ag和Au，$X$ =Sb和Bi）。我们发现，扭曲的Li_2AgSb是一个轻量级的化合物，具有一个三维拓扑绝缘体态，Z2=-1，虽然基态位于临界点附近，而相关的Li_2CuSb型化合物是拓扑平凡的。我们在这里确定的非Heusler三元Li 2 M 'X系列（具有许多变体化合物）是用于衍生新型化学计量化合物、人工量子阱/异质结构、纳米线、纳米带和纳米晶体的新平台。我们已经生长了一些这样的块状材料（实验结果将单独报告）。
2010-04-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.quant-gas
Low-velocity anisotropic Dirac fermions on the side surface of topological insulators
我们报道了拓扑绝缘体Bi $_2$ Se $_3$的各向异性Dirac-cone表面能带.我们发现侧面狄拉克锥中的电子速度比（111）面狄拉克锥中的电子速度各向异性地降低，并且除了在高对称性方向上的{\bf k}外，电子速度与波矢{ \bf k}不平行.电子自旋的大小取决于{ \bf k}的方向，这是由于电子态的非共线性的各向异性变化。提出了侧面狄拉克费米子的低能有效哈密顿量，并给出了它的含义，包括在不同表面相交的拓扑绝缘体边缘发生的折射输运现象.
2011-01-10 cond-mat.mes-hall
Topological Valley Transport of Gapped Dirac Magnons in Bilayer Ferromagnetic Insulators
双层海森堡铁磁绝缘体保持与六边形布里渊区的两个相对谷相关联的简并太赫兹狄拉克磁振子模式。我们表明，这种能量简并可以通过破坏反演对称性（I），导致拓扑磁振子谷电流。我们进一步表明，该电流导致谷塞贝克效应的磁振子，从而可检测。我们在双层CrBr 3的具体例子中进行计算，其中我可以通过静电掺杂来打破。
2020-08-22 cond-mat.mes-hall
Reflectionless Transport of Surface Dirac Fermions on Topological Insulators with Induced Ferromagnetic Domain Walls
研究了三维拓扑绝缘体上表面狄拉克费米子的性质。我们提出了一个精确的分析处理的频谱，束缚态和畴壁电阻的扩展通用畴壁与面内和面外磁化。在后一种情况下，我们发现振荡的畴壁电阻作为壁的宽度和一定的宽度的反射的所有传入的动量完全没有的函数。令人惊讶的振荡和无反射电位的发生可能与表面狄拉克哈密顿量的超对称性结合畴壁轮廓。
2012-07-18 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
Plasmonics in Dirac systems: from graphene to topological insulators
本文综述了石墨烯等狄拉克体系等离子体激元学的最新研究进展，并对标准模型和技术作了全面介绍。特别是，我们通过流体动力学方程和随机相位近似讨论了单层和双层石墨烯的内禀等离子体激元激发，但也评论了双层和多层结构。此外，我们解决狄拉克系统的延迟限制，也与大自旋轨道耦合，包括拓扑绝缘体。最后在附录中总结了电荷、电流和光子线性响应函数的基本性质。
2014-03-07 cond-mat.mes-hall
Gapped energy spectra around the Dirac node at the surface of a 3D topological insulator in the presence of the time-reversal symmetry
讨论了三维拓扑绝缘体表面狄拉克节点附近的激发谱。通过图解展开，我们证明了在杂质散射存在下电子与规范场的耦合在狄拉克节点周围打开了一个能隙。这一结果与T. Sato，et. al. [ Nature Phys. \textbf{7}，840（2011）]。我们还讨论了在时间反演对称性存在下，本结果与拓扑绝缘体的体-边界对应之间的一致性。该结论适用于任何二维无质量费米子。
2013-01-04 cond-mat.mes-hall
Gapless interface states between topological insulators with opposite Dirac velocities
拓扑绝缘体表面上的狄拉克锥表现出类似于光学的线性色散，其速度依赖于材料。我们考虑两个不同速度的拓扑绝缘体的结，并计算其反射率和透射率。我们发现它们反映了螺旋表面态的无背散射性质。当两个速度具有相反的符号时，当保持垂直于结的镜面对称性时，垂直入射的透射和反射都被禁止。在这种情况下，我们证明了在两个拓扑绝缘体之间的界面处必然存在无隙态。它们的存在受到镜像对称性的保护，并且它们具有取决于系统对称性的特征色散。
2011-10-17 cond-mat.mes-hall
Type-II Dirac surface states in topological crystalline insulators
我们研究了一系列抗渗透材料的性质，这些材料是具有绝缘体但具有导电表面的拓扑晶体绝缘体。使用从头算DFT计算，我们调查的体积和表面的拓扑结构，并表明这些材料表现出I型以及II型狄拉克表面状态的反射对称性保护。虽然I型狄拉克态产生闭合的圆形费米表面，但II型狄拉克表面态的特征在于彼此接触的开放电子和空穴口袋。我们发现，第二类狄拉克态在其色散中表现出特征性的范霍夫奇异性，这可以作为一个实验指纹。此外，我们还研究了表面态对磁场的响应。
2016-06-15 cond-mat.mes-hall
Topological Insulator-Based van der Waals Heterostructures for Effective Control of Massless and Massive Dirac Fermions
三维（3D）拓扑绝缘体（TI）是一类重要的材料，在电子学、自旋电子学和量子计算中具有应用。随着最近真正的体绝缘3D TI的发展，已经有可能在电输运测量中实现表面主导的现象，例如拓扑表面态（TSS）中无质量狄拉克费米子的量子霍尔（QH）效应。然而，为了实现更先进的设备和现象，需要一种平台来以干净的方式调谐TSS或修改它们，例如通过与磁绝缘体接近来使它们间隙化。在这里，我们介绍了范德华（vdW）异质结构的形式拓扑绝缘体/绝缘体/石墨有效地控制化学势的TSS。利用两种类型的栅介质，正常绝缘体六方氮化硼（hBN）和铁磁绝缘体Cr2 Ge 2 Te 6（CGT）来调节四元TI BiSbTeSe 2中TSS的电荷密度。hBN/石墨门控在QH制度表明，通过抑制无质量狄拉克费米子的磁导率，TSS的量子化得到了改善。CGT/石墨门控质量狄拉克费米子在QH制度产生半量子化霍尔电导步骤和狄拉克间隙的措施。我们的工作显示了vdW平台在创建先进的高质量TI器件方面的前景。
2018-05-24 cond-mat.mes-hall
Long-range Coulomb interaction effects on the surface Dirac electron system of a three-dimensional topological insulator
三维拓扑绝缘体的表面态形成二维无质量狄拉克电子系统。在狄拉克电子系统中，由于费米能级处的态密度很小，库仑相互作用没有被屏蔽，因此长程库仑相互作用（LRCI）起着至关重要的作用。本文利用Wilson重整化群研究了在LRCI存在下具有化学势$μ=0$的表面态。我们首先检验了表面狄拉克系统中的费米速度增强，这也发生在通常的狄拉克电子系统中。表面Dirac系统最显著的特征是Dirac哈密顿量不包含赝自旋而是包含实自旋泡利矩阵。由于这一特征，我们发现g因子增强，这是表面狄拉克系统的一个独特性质。我们还研究了自旋磁化率的显式形式，发现自旋磁化率在LRCI的存在下得到了增强。
2014-12-02 cond-mat.mes-hall
Dirac Spin-Orbit Torques at the Surface of Topological Insulators
本文利用Kubo公式和Keldysh公式研究了拓扑绝缘体磁表面的自旋轨道力矩。通过分析推导出的自旋电荷方程，我们发现，所谓的狄拉克转矩具有不同的对称性相比，他们的Rashba对应，以及作为磁化方向的函数的高各向异性。特别地，当磁化位于拓扑绝缘体表面的平面中时，阻尼扭矩消失。这种特性具有重要的后果，在磁化动力学和开关，通过一个宏自旋模型数值证明。
2017-07-08 cond-mat.mes-hall
Novel Spin-texture on the warped Dirac-cone surface states in topological insulators
我们用第一性原理计算和模型哈密顿量研究了Bi 2 Te 3族三维拓扑绝缘体的表面态性质。当表面狄拉克锥由于菱形结构中的Dresselhaus自旋轨道耦合而翘曲时，自旋获得有限的面外分量。我们预测了一种新的面内自旋纹理的扭曲表面狄拉克锥的自旋不垂直于电子动量。我们的k.p模型计算表明，这种新型的面内自旋纹理需要高阶Dresselhaus自旋轨道耦合项。
2011-03-24 cond-mat.mes-hall
Quantum transport of two-species Dirac fermions in dual-gated three-dimensional topological insulators
拓扑绝缘体是一类具有带隙绝缘体和无带隙自旋螺旋狄拉克费米子导电表面态的新型量子物质。在这里，我们报告本地和非本地的电和磁输运测量双栅BiSbTeSe 2薄膜拓扑绝缘体设备，与传导占主导地位的空间分离的顶面和底面，每个托管一个单一的物种的狄拉克费米子与独立的栅极控制的载流子类型和密度。在这种完全可调的两组分拓扑Dirac气体中，我们观察到了许多有趣的量子输运现象，包括零磁场最小电导率接近双Dirac点处电导量子的两倍，一系列双极性两组分半整数Dirac量子Hall态和电子-空穴总填充因子为零的态（具有零霍尔平台），分别表现出无耗散（手性）和耗散（非手性）边缘传导。这样的系统为探索从拓扑磁电效应到激子凝聚的丰富物理铺平了道路。
2016-05-09 cond-mat.mes-hall
High Chern number phase in topological insulator multilayer structures: a Dirac cone model study
我们使用狄拉克锥模型来探索Zhao等人在磁掺杂拓扑绝缘体（TI）多层结构中实现的高陈数（C）相[Nature 588，419（2020）]。通过捕捉相边界随参数的变化，计算了T1多层结构的陈氏数，得到了T1多层结构的陈氏数相图。高C行为归因于重整化狄拉克锥的带反转，伴随着带反转，在Γ点处的自旋极化将增加。此外，还研究了另外两种TI多层结构和TI超晶格结构。
2022-08-18 cond-mat.mes-hall
Strong nonlinear terahertz response induced by Dirac surface states in Bi2Se3 Topological Insulator
具有线性能量/动量色散的电子被称为无质量狄拉克电子，代表了石墨烯和拓扑绝缘体（TI）等奇异材料中的低能激发。狄拉克电子的特点是显着的属性，如高迁移率，可调密度，并在TI，防止反向散射通过自旋动量寻找机制。所有这些特性使得石墨烯和TI吸引等离子体应用。然而，狄拉克电子预计也呈现出强烈的非线性光学行为。这应该反映在电磁感应透明（EIT）和谐波产生等现象中。在这里，我们证明了在Bi 2 Se 3拓扑绝缘体中，在施加强太赫兹（THz）电场的情况下实现了EIT。这种效应是由谐波产生和电荷迁移率降低共同决定的，它与Bi 2Se 3表面的Dirac电子有关，为基于拓扑绝缘体材料的可调谐THz非线性光学器件开辟了道路。
2018-05-08 cond-mat.mes-hall
Magnetic scattering of Dirac fermions in topological insulators and graphene
研究了无质量狄拉克费米子在空间定域静态磁场中的量子输运和散射。该模型统一描述了拓扑绝缘体中的轨道磁场、塞曼场和交换场以及单层石墨烯中由应变或缺陷引起的赝磁场效应。一般的散射理论制定，并为径向对称的领域，散射振幅和总的和运输截面表示的相移。作为应用，我们研究了环形磁场（包括Aharanov-Bohm几何）和磁偶极子的散射。
2010-07-30 cond-mat.mes-hall
Band structure engineering in (Bi1-xSbx)2Te3 ternary topological insulators
三维拓扑绝缘体（TI）是一种新型的量子材料，具有绝缘体和拓扑保护的金属表面，具有类Dirac能带结构。自旋螺旋狄拉克表面态具有奇异的拓扑量子效应，在自旋电子学和量子计算中有着广泛的应用。这些想法的实验实现需要制造基于具有可调表面状态的体绝缘TI的多功能器件。当前以Bi 2Se 3和Bi 2 Te 3为例的TI材料面临的主要挑战是显著的体导电，尽管涉及纳米结构化、化学掺杂和电选通的广泛努力，但体导电仍然未解决。在这里，我们报告了一种新的方法工程的能带结构的TI的分子束外延（MBE）生长的（Bi 1-xSbx）2 Te 3三元化合物。角分辨光电子能谱（ARPES）和输运测量表明，在（Bi 1-xSbx）2 Te 3（x = 0 ~ 1）的整个组成范围内都存在拓扑表面态，表明体相Z2拓扑结构的稳定性.最值得注意的是，系统的能带工程导致理想的TI具有真正绝缘的体和可调的表面状态跨狄拉克点，表现得像四分之一的石墨烯。这项工作展示了一种新的路线，实现本征量子输运的拓扑表面状态和设计概念上新的TI设备与成熟的半导体技术。
2011-12-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
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
Floquet composite Dirac semimetals
Chongqing University of Posts and Telecommunications（重庆邮电大学）
研究通过特殊Floquet驱动诱导复合狄拉克半金属，实现I、II、III型狄拉克点共存，为探索新型狄拉克半金属提供新途径。
2025-10-10 cond-mat.mes-hall
Experimental Observation of Two Massless Dirac-Fermion Gases in Graphene-Topological Insulator Heterostructure
石墨烯和拓扑绝缘体（TI）具有不同物理性质的二维狄拉克费米子。将这两种狄拉克材料集成在一个设备中，为探索相互作用的无质量狄拉克费米子的新物理学创造了有趣的机会。在这里，我们报告了一个实际的路线，实验制造的石墨烯Sb 2 Te 3异质结构。石墨烯-TI异质结构通过使用化学气相沉积生长的石墨烯膜的干法转移来制备。ARPES测量证实了石墨烯的Sb 2 Te 3和Dirac π带的拓扑表面态的共存，并确定了石墨烯-TI异质结构中的扭曲角。结果表明，一个潜在的可调电子平台，其中两个不同的狄拉克低能态主导的输运行为。
2015-11-08 cond-mat.mes-hall
Thickness tunable quantum interference between surface phonon and Dirac plasmon states in thin-films of the topological insulator Bi2Se3
我们报道了Bi 2Se 3薄膜的拉曼响应在激光光子能量从2.33 eV（532 nm）切换到1.58 eV（785 nm）时的>100倍增强，这是由于在~1.5 eV的共振能量下与狄拉克表面态（SS）的直接光学耦合（厚度无关的增强）和由于非线性激发的狄拉克等离子体激元（厚度相关的增强）。由于直接的光耦合，我们观察到一个与Dirac SS连续网络相关联的六边形排列的Se原子的面内声子模。该模式揭示了厚度小于15 nm的薄膜的Fano线形，这是由表面声子和狄拉克等离子体激元态之间的量子干涉引起的。
2015-01-08 cond-mat.mes-hall
Growth, characterization, and transport properties of ternary (Bi1-xSbx)2Te3 topological insulator layers
采用分子束外延技术在Si（111）衬底上制备了Sb含量为0~100%的（Bi_（1-x）Sb_x）_2Te_3薄膜。X射线衍射测量证实在所有情况下的单晶生长。Sb含量用X射线光电子能谱学测定。从拉曼光谱得到的Sb含量的一致的值。扫描拉曼光谱表明，（Bi 1-xSbx）2Te3层与中间Sb含量显示空间组成的不均匀性。角分辨光电子能谱（ARPES）中观察到的光谱展宽也归因于这种现象。当Sb含量从x = 0增加到1时，ARPES测量显示费米能级从导带向价带移动。这种转变也证实了相应的磁输运测量的电导从n型到p型的变化。在这个过渡区中，电阻率的增加被发现，表明费米能级的带隙区域内的位置。在过渡区的更详细的测量表明，运输发生在两个独立的通道。通过栅电极的传输可以从n型改变为p型，从而允许在拓扑保护的表面状态内调节费米能级。
2016-10-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Dirac Fermions and Topological Phases in Magnetic Topological Insulator Films
本文基于三维拓扑绝缘体薄膜有效模型的精确解建立Dirac费米子理论，阐明表面态与体态的量子霍尔电导，并利用磁交换作用调控质量与手性以产生多种拓扑绝缘相和新型拓扑金属相。
2025-09-27 cond-mat.mes-hall
Electron-hole scattering limited transport of Dirac fermions in a topological insulator
实验研究了电子温度对三维拓扑绝缘体碲化汞二维狄拉克表面态输运的影响。我们发现，周围的最小电导率点，其中电子和空穴都存在，加热的载体与直流电流的结果在一个非单调的微分电阻的窄通道。我们发现，所观察到的电阻的初始增加可以归因于电子-空穴散射，而减少自然遵循费米能级的变化的载流子。这两种效应主要由体价带中的范霍夫奇异性决定。结果表明，带间电子-空穴散射在拓扑绝缘体输运性质中的重要性。
2021-06-07 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
Magnetic wallpaper Dirac fermions and topological magnetic Dirac insulators
提出由磁性壁纸群保护、具有四重简并表面狄拉克费米子的拓扑磁性狄拉克绝缘体，并给出候选材料与通用搜索方案。
2023-04-26 cond-mat.mes-hall
Tutorial: Dirac Equation Perspective on Higher-Order Topological Insulators
在本教程中，我们教学审查在非相互作用的费米子相的物质领域的最新发展，集中在低能量描述高阶拓扑绝缘体的狄拉克方程。我们的目标是提供一个基本上自给自足的治疗。在介绍拓扑晶体能带结构的狄拉克近似之后，我们用它来推导一阶和高阶拓扑绝缘体在一维和二维空间中的反常端态和角态。特别是，我们重铸的经典推导畴壁束缚态的苏-施里弗-海格尔（SSH）链的结晶对称性。二维高阶拓扑绝缘体的边缘可以被看作是一个单晶的受保护的SSH链，其畴壁束缚态成为角态。我们从来没有明确地解决二维系统的完全对称边界，而是通过绝热连续性来论证。我们的方法捕获高阶拓扑结构的所有显着特征，同时保持易于分析。
2021-06-10 cond-mat.mes-hall
Effective model for massless Dirac electrons on a surface of weak topological insulators
在典型的情况下，三维（3D）弱拓扑绝缘体（WTI）的无间隙表面态仅出现在侧面，使顶面和底面有间隙。为了描述无质量的狄拉克电子在WTI的这样的侧表面上出射，通常采用由一系列一维螺旋通道组成的二维（2D）模型。然而，这样一个模型从一个3D体哈密顿的明确推导一直缺乏。在这里，我们明确地推导出一个有效的二维模型的WTI表面态从威尔逊-狄拉克哈密顿量的散装WTI和建立一个坚实的基础，迄今为止假设的二维模型。我们表明，由此产生的2D模型准确地再现了由3D模型确定的表面狄拉克电子的激发光谱。我们还表明，2D模型是适用于一个侧面原子的步骤。
2014-12-01 cond-mat.mes-hall
Dynamic Opening of a Gap in Dirac Surface States of the Thin-Film 3D Topological Insulator Bi2Se3 Driven by the Dynamic Rashba Effect
拓扑绝缘体（TI）中Dirac表面态（SS）的光学控制一直是制约其在新型电子和自旋电子器件中潜在应用的最具挑战性的问题之一。在这里，使用可见光范围内的瞬态吸收光谱利用~340 nm（~3.65 eV）的泵浦，我们提供的证据动态开放的狄拉克SS的薄膜3D TI Bi 2Se 3，这已引起的动态Rashba效应发生在膜体增加光泵浦功率（光激发载流子密度）的间隙。所观察到的效果出现通过瞬态吸收带与反韧致辐射型的自由载流子吸收的带隙狄拉克SS。我们还认识到在3D TI Bi 2Se 3中存在更高能量的狄拉克SS的实验特征（除了已知的SS 1和SS 2之外），其能量为~2.7和~3.9 eV（SS 3和SS 4）。结果表明，动态能隙的打开对任意能量下的Dirac SS都有相同的影响。
2021-06-10 cond-mat.mes-hall
Unpinned Dirac-Fermions in Carbon-Phosphorous-Arsenic Based Ternary Monolayer
通过密度泛函理论预测CPAs2三元单层在费米能级附近表现出由对称性决定的无钉扎狄拉克费米子特性，且机械应变可诱导其发生金属-半金属或金属-半导体转变。
2023-07-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Engineering Dirac electrons emergent on the surface of a topological insulator
拓扑绝缘体（TI）的概念为凝聚态物理引入了一个新的视角，将量子态等先验不相关的子领域联系起来，（自旋，反常）霍尔效应，自旋轨道耦合材料，某些类节状超导体和超流$^3$ He等，从技术角度看期望拓扑绝缘体用作在非超导环境中实现无耗散传输的平台。该拓扑绝缘体表现出具有特征圆锥色散（表面狄拉克锥）的无隙表面态。在这里，我们回顾了特殊的有限尺寸效应适用于TI纳米结构的表面状态。我们强调了TI纳米线和纳米颗粒的特定电子性质，并在此背景下对比了弱和强TI的情况。我们研究的鲁棒性的表面和大部分的TI对无序，解决物理的狄拉克和外尔半金属作为一个新的角度在该领域的研究。
2014-12-14 cond-mat.mes-hall
Floquet engineering of Dirac cones on the surface of a topological insulator
我们建议Floquet工程师狄拉克锥表面的三维拓扑绝缘体。我们发现，一个大的可调谐性的费米速度可以实现作为一个功能的偏振，方向和振幅的驱动场。利用这种外部控制，准能谱中的狄拉克锥可以变成椭圆形或有质量的，这与实验证据是一致的。这些结果有助于我们理解拓扑绝缘体中表面态和外部交流驱动场的相互作用。在我们的工作中，我们使用的三维系统，而不是有效的表面哈密顿，这通常被认为是在文献中的完整的哈密顿量。我们的研究结果表明，狄拉克锥在quasienergy频谱仍然强大，即使在体状态的存在下，因此，他们验证了使用有效表面哈密顿量探索Floquet驱动的拓扑边界的属性。此外，我们的模型允许我们引入新的面外场的配置，这不能占有效表面哈密顿量。
2019-07-25 cond-mat.mes-hall
Coexistence of Rashba and Dirac dispersions on the surface of centrosymmetric topological insulator decorated with transition metals
针对中心对称拓扑绝缘体表面纯Rashba与Dirac费米子无法共存的问题，以压缩应变下的PbSe(111)为研究对象，揭示非均匀体系中二者空间分离共存的机制，计算结果与实验定性吻合。
2025-05-16 cond-mat.mes-hall
Terahertz tuning of Dirac plasmons in Bi$_2$Se$_3$ Topological Insulator
光可以通过与等离子体激元（出现在金属和半导体中的集体电子模式）的相互作用而被强烈地限制在亚波长空间区域中。这种限制在太赫兹光谱区域中特别重要，它放大了光与物质的相互作用，并为有效地产生非线性光学现象提供了强大的机制。这些效应在狄拉克材料如石墨烯和拓扑绝缘体中特别相关，其中无质量费米子在太赫兹范围内表现出自然的非线性光学行为。到目前为止，我们都是从光的角度考虑强相互作用的情况。在本文中，我们研究的是强相互作用对等离子体激元本身的影响。特别是，我们将表明，狄拉克等离子体在Bi $_2$硒$_3$拓扑绝缘体强烈重整化时，激发高强度太赫兹辐射显示一个巨大的红移下降到其特征频率的60%。这为基于拓扑绝缘体的可调谐太赫兹非线性光学器件开辟了道路。
2019-10-24 cond-mat.mes-hall
Landau levels on a surface of weak topological insulators
三维弱拓扑绝缘体（WTI）等效于二维量子自旋霍尔绝缘体的叠层，其侧面容纳了无质量的狄拉克电子. WTI的一个显著特征是表面态通常由倒易空间中的两个狄拉克锥组成。研究了垂直磁场中WTI中Dirac电子的朗道量子化。结果表明，当磁层长度$l_B$远大于层间距$a$时，表面电子按照狄拉克电子的量子化规则量子化到朗道能级.它还表明，随着减少$l_B$对$a$，每个朗道能级和它的自旋状态成为调制在一个非平凡的方式。我们证明，这是由于两个狄拉克锥的分层结构的离散性引起的混合。
2015-08-19 cond-mat.mes-hall
Synthesizing Weyl semimetals in weak topological insulator and topological crystalline insulator multilayers
我们提出了一种不同的路线，时间反演不变Weyl半金属采用多层异质结构，包括普通的“平凡”绝缘体和非平凡绝缘体与\textit{pairs}的保护狄拉克锥的表面上。我们认为这两种情况下的弱拓扑绝缘体，表面狄拉克锥被钉扎到时间反演不变动量，和拓扑晶体绝缘体与unpinned表面狄拉克锥。对于这两种实现，我们解释现象学如何建议建设导致外尔半金属相的出现。我们进一步制定有效的低能量模型，我们证明了存在的半金属相与四个孤立的外尔点。最后，我们讨论了如何提出的设计可以实现实验与国家的最先进的技术。
2017-09-12 cond-mat.mes-hall
Klein-bottle quadrupole insulators and Dirac semimetals
本文通过设计不同π磁通模式构建两类克莱因瓶BBH模型，揭示四极绝缘体、Dirac半金属及成对边缘模式等拓扑相，并验证其鲁棒性。
2023-12-10 cond-mat.mes-hall
Nonlinear Optical Observation of Coherent Acoustic Dirac Plasmons in Thin-Film Topological Insulators
具有类声线性色散的低能电子集体激发在实验和理论上都得到了广泛的研究。然而，在时域测量中出现的相干声等离子体模式很少观察到由于单粒子连续朗道阻尼。在这里，我们报告的观察相干声学狄拉克等离子体（CADP）模式激发间接（静电）对表面耦合薄膜的拓扑绝缘体Bi 2 Se 3。使用瞬态二次谐波发生，一种能够独立监测膜中的面内和面外电子动力学的技术，观察到GHz范围的振荡，而没有相应的瞬态反射率振荡。这些振荡被分配到由倏逝引导兰姆声波引起的横向磁和横向电引导CADP模式，并且由于相对表面狄拉克状态之间的费米子隧穿而保持朗道无阻尼。
2016-09-29 cond-mat.mes-hall
