Unconventional spin texture in a non-centrosymmetric quantum spin Hall insulator
我们提出，同时存在的Rashba和带反转可以导致一个Rashba的自旋分裂形成的两个带具有相同的面内螺旋自旋织构。由于这种非常规的自旋织构，在边缘和体电导通道中禁止背散射。我们提出了一个新的非中心对称蜂窝晶格量子自旋霍尔（QSH）绝缘体家庭形成的IV，V，和VII元素与此属性。由Bi，Pb和I原子形成的系统是机械稳定的，并且具有60 meV的大的Rashba自旋分裂和0.14 eV的大的非平凡带隙。由于边缘和体态受到TR对称性的保护，与大多数掺杂的QSH绝缘体中发生的情况相反，体态不会对电子输运中的背散射做出贡献，从而允许构建具有较少能量损失的自旋电子器件。
2018-03-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Chiral magnetization textures stabilized by the Dzyaloshinskii-Moriya interaction during spin-orbit torque switching
我们研究了Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用（Dzyaloshinskii-Moriya）对垂直磁化重金属/铁磁体/氧化物三层膜电流感生磁开关的影响，实验和微磁学模拟都是如此。我们报告的生成足够大的开关区域中的磁感应强度的稳定的螺旋磁化条纹，从而产生中间状态的磁化确认的基本作用的的开关过程。我们比较的模拟和实验结果的宏观自旋模型，显示需要一个微磁的方法。温度对开关的影响也进行了讨论。
2014-01-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Reversible switching of surface texture by hydrogen intercalation
氢原子与铑上的单层六方氮化硼的相互作用导致h-BN表面杂质的去除。该过程是可逆的，因为氢可以通过退火到约500 K而被排出，于是纳米尺度上的织构被恢复。这种效应可以追溯到氢嵌入。这是预期有影响的应用，如氢的存储，剥离sp2杂化层从固体基板或控制的润湿角，仅举几例。
2009-11-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Hedgehog spin texture and competing orders associated with strains on the surface of a topological crystalline insulator
我们研究了Pb $_{1-x}$ Sn $_x$（Te，Se）拓扑晶体绝缘体（001）表面上的自旋重取向现象和相互作用驱动效应。我们的分析是基于一个四带$k\cdot p$模型，它捕获的自旋和轨道纹理的表面状态在低能量周围的$\bar{X}$和$\bar{Y}$点，包括Lifshitz转变。即使没有打破时间反演对称性，我们发现，某些应变，打破镜像对称性可以诱导刺猬状自旋织构与间隙形成的狄拉克点。带隙表面基态的陈数被证明是可调的，通过应变和垂直塞曼场的相互作用。我们还考虑了在驱动竞争订单的相互作用的存在下，应变的影响，并获得相关的相图在平均场水平。低功耗电子产品的潜在应用，我们的研究结果进行了讨论。
2015-09-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Gapped Dirac cones and spin texture in thin film topological insulator
拓扑绝缘体（TI）的保护表面态形成了对应于螺旋自旋极化的非简并本征态的无带隙狄拉克锥。翘曲项的存在使最简单模型的各向同性锥变形为如Bi 2Se 3和Bi 2Te 3中的雪花费米表面。在孤立表面的STM准粒子干涉（QPI）实验中发现了它们的特征。在这里，我们调查的QPI谱TI薄膜几何形状与有限的表面状态之间的隧道。这导致了由于间隙和自旋纹理的变化而导致的光谱的急剧变化，这应该在QPI图案中留下不同的签名。我们考虑了表面杂质的法向和磁交换散射，得到了玻恩近似下的散射t矩阵和一般封闭解。我们预期的系统变化的QPI雪花强度的功能，通过改变薄膜厚度和研究，特别是后向散射过程的影响。我们预测的QPI光谱的变化Bi2Se3薄膜使用所观察到的间隙依赖ARPES结果。
2020-06-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Switchable Topological Polar Textures in Freestanding Ultrathin Ferroelectric Oxides
Institute of Physics, Czech Academy of Sciences（捷克科学院物理研究所）
研究揭示自由悬挂超薄铁电层存在多种极性态，通过电场可逆控制其复杂极性状态，为未来铁电器件应用提供新途径。
2026-04-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Induced Spin-texture at 3$d$ Transition Metal/Topological Insulator Interfaces
虽然拓扑绝缘体的一些最优雅的应用，如量子反常霍尔效应，需要在存在时间反演对称性破缺的情况下保持狄拉克表面态，但其他现象，如自旋-电荷转换，则依赖于这些表面态在相邻磁性层上压印其自旋纹理的能力。在这项工作中，我们研究了广泛的单层过渡金属（3 $d$ -TM）的表面态的自旋动量锁定的顶部的Bi $_{2}$ Se $_{3}$拓扑绝缘体使用第一性原理计算。我们发现3 $d$ -TM的磁矩与Dirac表面态引起的自旋动量锁定{ \em}的大小之间存在着一种近似关系。虽然磁矩在3 $d$系列的前半部分很大，但遵循洪德规则，自旋动量锁定在系列的后半部分最大。我们解释这种趋势所产生的妥协原子内的磁交换和共价键之间的3 $d$ -TM覆盖层和狄拉克表面状态。因此，虽然Cr和Mn覆盖层可以成功地用于观察量子反常霍尔效应或实现轴子绝缘体，但Co和Ni对于自旋-电荷转换效应（例如，自旋-轨道扭矩和电荷泵浦）基本上更有效。
2020-06-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tuning topological spin textures in size-tailored chiral magnet insulator particles
拓扑自旋纹理，如skyrmions持有高潜力的磁活性元素在不久的将来的各种应用。虽然金属多层膜中的skyrmions在这方面引起了极大的关注，但要释放skyrmions在各种应用中的无数潜力，需要发现和定制替代主机系统范例。在这里，我们开发和应用化学方法来合成八面体粒子的手性绝缘skyrmion主机Cu2OSeO3与窄的尺寸分布，并定制尺寸接近纳米级。结合磁力测量和中子散射实验与微磁模拟，我们表明，体积相图Cu2OSeO3的变化显着低于八面体高度为400 nm。进一步的颗粒大小相关的制度，其中各种拓扑自旋纹理，如skyrmions，merons和bobbers可以稳定，之前的一个较低的临界八面体高度约。190 nm以下，没有拓扑自旋织构被发现稳定。这些研究结果表明，条件下，稀疏拓扑自旋纹理限制手性磁性纳米粒子可以是稳定的，并提供新的潜在的绝缘体为基础的应用范例。
2022-06-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Two different topological insulator phases in NaBaBi
通过打破三维狄拉克金属Na $_3$ Bi的反转对称性，我们使用$ab~initio$计算在已知化合物NaBaBi中实现了拓扑绝缘体（TI）相。出现两个不同的TI阶段：一个相是由于Bi $p$和Na $s$带之间的带反转，而另一个相（在压力下）是由Bi $p$和Ba $d$带的反转引起的。这两个阶段表现出Dirac-cone型表面状态，但他们有相反的自旋纹理。在上锥中，对于$s$ - $p$反转相存在左手自旋织构（类似于常见的TI，例如，Bi $_2$ Se $_3$），而对于$p$ - $d$反转相出现右旋自旋织构。NaBaBi提出了一个TI的原型模型，在相同的材料中表现出不同的自旋纹理。此外，由于带反转中$d$态的存在，NaBaBi可能表现出对拓扑态引入关联效应。
2015-03-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ultrahigh efficient spin-orbit torque magnetization switching in all-sputtered topological insulator - ferromagnet multilayers
具有大垂直磁各向异性的铁磁体的自旋轨道力矩（SOT）磁化翻转在下一代非易失性磁阻随机存取存储器（MRAM）中具有巨大的潜力。这就需要一个高性能的纯自旋电流源，具有大的自旋霍尔角和高的电导率，这可以通过大规模生产技术制造。在这项工作中，我们证明了高效和强大的SOT磁化开关在所有溅射的BiSb拓扑绝缘体垂直磁化Co/Pt多层膜。尽管通过工业友好的磁控溅射而不是实验室分子束外延来制造，但是拓扑绝缘体层BiSb显示出$θ$ $_{SH}$ = 12.3的大自旋霍尔角和$σ$ = 1.5 x $10^5$ $Ω^{-1}$ m $^{-1}$的高电导率。我们的研究结果证明了BiSb拓扑绝缘体用于实现超低功耗SOT-MRAM和其他基于SOI的自旋电子器件的大规模生产能力。
2020-07-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
All-electrical switching of spin texture in a strain-tunable 2D Janus ferroelectric altermagnet
Jishou University（吉首大学）
该研究通过应变调控揭示二维Janus易磁体中自旋纹理的全电信号切换，提出非易失自旋电子记忆器件，实现全电写入与光学读出。
2026-01-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Prediction of a large-gap and switchable Kane-Mele quantum spin Hall insulator
拓扑绝缘体的基础研究和技术应用受到罕见的材料表现出强大的拓扑非平凡相，特别是在二维。在这里，通过广泛的第一性原理计算，我们提出了一种新的量子自旋霍尔绝缘体，具有相当大的带隙$\sim$ 0.5 eV，这是一个单层的Jacutingaite，一种天然存在的层状矿物首次发现于2008年在巴西和最近合成。该系统实现了量子自旋霍尔绝缘体在一个潜在的可剥离的二维单层，具有强大的螺旋边缘状态，可以利用自旋轨道耦合，晶体对称性破缺和介电响应之间的独特的强相互作用进行操纵的典范凯恩-梅勒模型。
2018-02-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Photoelectron spin-flipping and texture manipulation in a topological insulator
最近发现的称为三维拓扑绝缘体的材料在没有施加磁场和低温的情况下构成对称保护拓扑状态的例子。这些非磁性大块绝缘体的一个标志性特征是受保护的金属电子状态局限于材料的表面。在这些表面状态的电子是自旋极化的，其自旋由其行进方向（线性动量）控制，导致动量空间中的螺旋自旋纹理。自旋和角度分辨光电子能谱（spin-ARPES）是唯一能够直接观测这一中心特征的工具，同时具有能量、动量和自旋灵敏度。通过使用具有高通量激光光源的创新光电子能谱仪，我们发现了这些表面电子的另一个令人惊讶的特性，它们的行为类似于狄拉克费米子。我们发现，所产生的光电子的自旋极化可以完全操纵在所有三个维度通过选择的光偏振。这些令人惊讶的效应是由于螺旋狄拉克费米子与光的自旋相关相互作用，这源于材料中的强自旋轨道耦合。我们的结果说明了不寻常的情况下，光电子的自旋极化是完全不同的电子在起源的初始状态的自旋状态。研究结果也为一种新型的高自旋极化电子源提供了基础。
2013-02-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Realization of an isolated Dirac node and strongly modulated Spin Texture in the topological insulator Bi2Te3
拓扑绝缘体的自旋为基础的应用的发展需要的知识和理解的自旋纹理配置地图，因为它们通过在一个孤立的狄拉克节点附近的门控改变。然而，一个孤立的（类似石墨烯的）狄拉克节点并不存在于Bi2Te3中。虽然通过传输通道的表面状态的隔离已有望实现Bi2Te3，它是不知道如何自旋纹理调制，而门控的表面。Bi2Te3的另一个缺点是它具有多个能带交叉，而化学势被放置在狄拉克节点附近（至少3个，而不是Bi2Se 3和许多其他拓扑绝缘体中的一个），并且其掩埋的狄拉克点对于下一代实验来说是不可实验接近的，下一代实验需要在隔离的（类石墨烯）狄拉克节点附近调谐化学势。在这里，我们的图像的自旋纹理的Bi2Te3，并建议一个简单的修改，以实现一个非常寻求孤立的狄拉克节点制度的关键，几乎所有潜在的应用（拓扑性质）的Bi2Te3。最后，我们展示了载体控制磁性和非磁性掺杂Bi2Te3实现巨磁光效应和无耗散自旋电流器件涉及Bi2Te3为基础的平台。
2011-01-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Room temperature magnetization switching in topological insulator-ferromagnet heterostructures by spin-orbit torques
具有自旋动量锁定拓扑表面态的拓扑绝缘体（TI）在TI/铁磁体系统中表现出巨大的自旋轨道矩（SOT）。到目前为止，TI SOT驱动的磁化开关仅在1.9 K的Cr掺杂TI中报道。在这里，我们直接显示了巨大的SOT驱动的磁化翻转Bi 2Se 3/NiFe异质结在室温下捕获使用磁光克尔效应显微镜。我们确定了一个大的电荷自旋转换效率为~1-1.75的薄TI膜，其中TSS是占主导地位的。此外，我们发现磁化翻转所需的电流密度非常低，约为6x10^5 A cm-2，比重金属小一到两个数量级。我们的示范室温磁化开关的传统的3D铁磁体使用Bi 2Se 3可能会导致潜在的创新TI为基础的自旋电子应用。
2017-09-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electrical Switching of the Edge Current Chirality in Quantum Anomalous Hall Insulators
The Pennsylvania State University（宾夕法尼亚州立大学）
通过自旋轨道扭矩实现量子反常霍尔绝缘体边缘电流手性切换，揭示了磁化与拓扑态相互作用的新机制。
2022-05-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Strain Effects in Topological Insulators: Topological Order and the Emergence of Switchable Topological Interface States in Sb$_2$Te$_3$/Bi$_2$Te$_3$ Heterojunctions
应变能诱导二硫属铋的拓扑相变。本文给出了三维拓扑绝缘体Bi $_2$ Te $_3$，Sb $_2$ Te $_3$，Bi $_2$ Se $_3$和Sb $_2$ Se $_3$在单轴应变和双轴应变下的相图，显示了拓扑平凡和非平凡的金属相和绝缘相.特别是，单轴张力可以将Sb $_2$ Te $_3$驱动到拓扑上微不足道的绝缘相。因此，我们提出了一种Sb $_2$ Te $_3$ /Bi $_2$ Te $_3$异质结，其中拓扑界面状态出现在该拓扑绝缘体-正常绝缘体异质结的公共间隙中，可以通过单轴应变打开或关闭。该界面态被限制在Sb $_2$ Te $_3$子系统中，并且被物理保护免受环境杂质的影响。因此，Sb $_2$ Te $_3$ /Bi $_2$ Te $_3$异质结可以具有稳健的螺旋界面态，具有有前景的自旋电子学应用。
2017-05-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Designing Magnetic Topological Insulator Trilayers for Highly-Efficient Spin-Orbit Torque Switching
The Pennsylvania State University（宾夕法尼亚州立大学）
本研究通过分子束外延合成磁性拓扑绝缘体三明治，揭示了亚稳态化学势不对称性是磁性拓扑绝缘体三明治中大自旋-轨道扭矩切换比的起源，并建立了量子反常霍尔绝缘体中边缘电流手性电控的路径。
2026-05-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Extracting unconventional spin texture in two dimensional topological crystalline insulator bismuthene via tuning bulk-edge interactions
本研究通过第一性原理计算与对称化Wannier紧束缚模型，探究体-边相互作用对二维拓扑晶体绝缘体铋烯边态输运的影响，发现可通过衬底和电场调控其非常规螺旋自旋织构，为拓扑自旋电子器件制备提供新思路。
2023-07-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin Texture Control and Magnetic Gap Engineering in a Ferromagnetic Insulator-Topological Insulator Sandwiched Heterostructure
本研究针对铁磁绝缘体-拓扑绝缘体三明治异质结的能隙起源不明问题，通过自旋分辨角分辨光电子能谱证实能隙的磁性起源，实现小磁场下自旋态调控，发现远离Γ点处手性自旋织构仍保留，为相关量子技术提供支撑。
2025-10-29 cond-mat.mtrl-sci
Minimal Ingredients for Orbital Texture Switches at Dirac Points in Strong Spin-Orbit Coupled Materials
最近的角分辨光电子能谱测量强自旋轨道耦合材料显示了在其各自的狄拉克点的面内轨道织构开关，无论它们是拓扑绝缘体或“平凡”Rashba材料。通过DFT计算，在一些材料（$\text{Bi}_2\text{Se}_3$、$\text{Bi}_2\text{Te}_3$和$\text{BiTeI}$）中也证明了该特征。本文提出了一个计算二维晶格中电子波函数的最小轨道紧束缚模型。我们表明，轨道分量的波函数演示除了通常的自旋开关自旋极化带中看到的轨道纹理开关。这种轨道纹理开关由三个主要性质的存在决定：局部或全局反转对称性破缺，强自旋轨道耦合和非局部物理（电子在晶格上）。使用我们的模型，我们证明了轨道纹理开关是普遍存在的，并预期在许多真实的系统。能带的轨道杂化是理解这些材料独特的波函数性质的关键方面，而这种极小模型有助于建立驱动这些杂化的量子微扰。
2016-08-03 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Coupled Spin-Orbital Texture in a Prototypical Topological Insulator
拓扑绝缘体（TI）最重要的性质之一是Dirac表面态的螺旋自旋织构，理论和实验都证明了其在Dirac点以上是左手螺旋，在Dirac点以下是右手螺旋。然而，由于自旋在这些强自旋轨道耦合系统中并不是一个好的量子数，这不能是一个完整的陈述，我们必须考虑总角动量J = L + S，它是自旋项和轨道项的贡献。使用轨道和自旋分辨角分辨光电子能谱（ARPES）的组合，我们显示了不同的轨道和自旋组件之间的直接联系，与“向后”自旋纹理直接观察到的面内轨道状态的Bi2Se3。
2012-11-26 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Mapping the unconventional orbital texture in topological crystalline insulators
新发现的拓扑晶体绝缘体（TCI）具有复杂的能带结构，包括多个狄拉克锥。这些材料是潜在的高度可调的外部电场，温度或应变，并可能找到未来的应用在场效应晶体管，光电探测器，和纳米机械系统。理论上，已经预测不同的狄拉克锥，在能量和动量空间上偏移，可能具有非常不同的轨道特征，如果实验实现，这一独特的性质将为实现新的自旋电子器件提供理想的平台。然而，狄拉克锥的轨道纹理，这是非常重要的，在确定各种材料的性质，仍然是难以捉摸的TCIs。在这里，我们揭示了一个原型TCI铅$_{1-x}$锡$_x$硒的轨道纹理。利用傅里叶变换（FT）扫描隧道谱（STS）测量了表面态电子散射产生的干涉图样。我们发现FTs的强度和能量依赖性表现出明显的特征，这可以直接归因于轨道效应。我们的实验揭示了涉及两个Lifshitz跃迁的复杂能带拓扑结构，并建立了这类新拓扑材料中Dirac带的轨道性质，这可能为未来的量子应用提供不同的途径。
2013-12-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Phase Change Induced Magnetic Switching through Metal-insulator Transition in VO2/TbFeCo Films
本研究利用VO2/TbFeCo双层膜在金属-绝缘体相变时的晶格膨胀产生应变，通过反常霍尔效应测量与原子尺度模拟证实，该相变能使TbFeCo丧失垂直磁各向异性并实现磁化方向从面外到面内的翻转，为通过相变控制磁学性质奠定了基础。
2023-10-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Switching on surface conduction in a topological insulator
本文展示了通过光和电场可控地增强拓扑绝缘体表面导电，并揭示载流子经本征 Schottky 势垒从体态注入表面态的机制。
2023-07-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Concurrence of Quantum Anomalous Hall and Topological Hall Effects in Magnetic Topological Insulator Sandwich Heterostructures
量子反常霍尔（QAH）效应是动量空间中非零Berry曲率的典型结果。QAH绝缘体在没有外部磁场的情况下具有无耗散的手征边缘态。另一方面，拓扑霍尔（TH）效应，手征自旋纹理的输运标志，是实空间Berry曲率的结果。虽然QAH和TH效应已经分别报道，但它们的共存，即纠缠手性边缘态和手性自旋纹理的表现，尚未报道。本文通过在两个磁性TI层之间插入一个TI层形成三明治异质结构，通过电场门控实现了TH效应和QAH效应的同时发生。TH效应由体载流子探测，而QAH效应由手征边缘态表征。在QAH绝缘区出现TH效应是由于在磁性TI夹层样品的磁化反转过程中，由栅诱导的Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用产生的手性磁畴壁的结果。手征边缘态和手征自旋织构的共存可能为概念验证的无耗散自旋织构自旋电子学应用提供了一个独特的平台。
2020-01-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Surface States of Topological Insulators
我们发展了一个有效的带拓扑边界条件的体模型来研究拓扑绝缘体的表面态。我们发现表面态的狄拉克点能、能带曲率和自旋织构都与晶面有关。对于球面上的给定面，狄拉克点能量由在表面法线方向上破坏p-h对称性的体物理决定，并且可以通过保持T对称性的表面势来调节。狄拉克点附近的等能量线是椭圆，其自旋纹理在S/N极上是螺旋状的，在任何侧面上都坍缩到一维，否则倾斜出平面。我们的研究结果确定了一条路线，工程狄拉克点物理的表面上的真实材料。
2012-03-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Switching of Charge-Current-Induced Spin Polarization in the Topological Insulator BiSbTeSe2
电荷电流诱导自旋极化是拓扑绝缘体在自旋电子学中应用的一个关键性质。然而，拓扑表面状态预计只会产生一种类型的自旋极化为一个给定的电流方向，这一直是自旋操纵的限制因素。在这里，我们报告说，在基于体绝缘拓扑绝缘体BiSbTeSe 2的设备中，观察到一个意想不到的自旋极化开关时，改变化学势。在重电子掺杂的设备中检测到预期的自旋极化的拓扑表面状态，而相反的极化可重复地观察到低载流子密度的设备。我们建议，后一种类型的自旋极化源于拓扑平凡的二维状态与一个大的Rashba自旋分裂，这是由一个强大的带弯曲的BiSbTeSe 2的表面下的铁磁电极用作自旋检测器。这一发现为在未来的拓扑自旋电子器件中实现“自旋晶体管”操作铺平了道路。
2016-07-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tailoring the electronic texture of a topological insulator via its surface orientation
三维拓扑绝缘体晶体由金属表面包围的绝缘体块组成，并且可以获得关于表面态能带拓扑和自旋织构的详细理论预测。虽然目前已知几种拓扑绝缘体材料，但这些金属状态的存在和拓扑结构仅针对给定材料的一个特定表面取向进行过探索。对于大多数拓扑绝缘体，例如Bi $_{1-x}$ Sb $_{x}$和Bi $_2$ Se $_3$，该表面是密排（111）表面，并且它支持一个拓扑保证的表面态狄拉克锥。在这里，我们通过实验实现了一个非密排表面的拓扑绝缘体，Bi $_{1-x}$ Sb $_{x}$（110），和探测的表面态拓扑结构的角分辨光电发射。正如预期的那样，这个表面也支持金属态，但表面取向的变化大大改变了能带拓扑结构，导致三个狄拉克锥，而不是一个，与理论预测非常一致，但与任何其他实验研究的TI表面相反。这说明了通过其晶体学方向来定制表面的基本拓扑性质的可能性。在这里，它引入了一个谷自由度以前没有实现的拓扑绝缘体系统。
2013-02-02 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Evidence for topological proximity effect in graphene coupled to topological insulator
石墨烯中拓扑有序的出现对量子自旋霍尔态的实现提出了极大的需求。最近，理论上提出拓扑绝缘体中表面态的自旋织构可以通过邻近效应直接转移到石墨烯上。在这里，我们报告的拓扑邻近效应的观察石墨烯-拓扑绝缘体Bi 2Se 3异质结通过磁输运测量。通过施加垂直的负磁场可以增强石墨烯的p_z轨道与Bi_2Se_3底表面表面态p轨道之间的耦合，从而在Dirac点处产生高达-91%的巨负磁电阻效应.一个明显的电阻率下降的传输曲线中的狄拉克点也观察到在混合装置，这是一致的理论预测的扭曲狄拉克带与独特的自旋纹理继承Bi 2Se 3表面状态。
2016-10-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Efficient Charge-Spin Conversion and Magnetization Switching though Rashba Effect at Topological Insulator/Ag Interface
利用自旋矩铁磁共振技术在三维拓扑绝缘体（TI）Bi 2Se 3和Ag双层膜中观察到了有效的电荷-自旋转换. Bi 2Se 3/Ag/CoFeB异质结构中的自旋轨道扭矩比随着Ag厚度增加到约2nm而显示出显著增强，并且对于5 nm的Ag达到0.5的值，其在室温下比Bi 2Se 3/CoFeB的自旋轨道扭矩比高约3倍。结果表明，Bi 2Se 3/Ag的界面效应超过了Bi 2Se 3层的拓扑表面态（TSS），并在Bi 2Se 3/Ag/CoFeB系统的电荷-自旋转换中起主导作用.基于第一性原理计算，我们将我们的观察归因于大的Rashba分裂带包裹TSS带，并具有相同的净自旋极化方向的TSS的Bi 2 Se 3。随后，我们第一次证明了在5.8 × 10^5 A/cm 2的低电流密度下Bi 2Se 3/Ag/Py中的Rashba诱导磁化翻转。
2018-01-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electric-field switchable chirality in rhombohedral graphene Chern insulators stabilized by tungsten diselenide
本文在菱方多层石墨烯莫尔超晶格中实现电场可切换的陈绝缘体手性，通过二硒化钨稳定量子化反常霍尔态，陈数可在-1、1和2之间调控，为拓扑电子电路集成手性边缘电流提供新平台。
2025-01-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Magnetization texture imprints produced by flux avalanches in ferromagnet/insulator/superconductor heterostructures
该研究结合磁光成像与微磁模拟，揭示 Co/Al₂O₃/Nb 异质结构中超导层磁通雪崩的杂散场可在钴层留下稳定的面内磁化织构印记。
2025-02-26 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Visualizing Exotic Orbital Texture in the Single-Layer Mott Insulator 1T-TaSe2
Mott绝缘行为是由强电子关联引起的，并且可以导致物质的奇异状态，例如非常规超导性和量子自旋液体。范德瓦尔斯材料合成的最新进展使得在二维极限下探索新的Mott系统成为可能。在这里，我们报告的局部电子特性的单层和几层1 T-TaSe 2通过空间和动量分辨光谱，包括扫描隧道显微镜和角度分辨光电发射的表征。我们结合实验和理论研究表明，电子关联诱导一个强大的莫特绝缘体状态，在单层1 T-TaSe 2，伴随着新的轨道织构。夹杂物的层间耦合削弱了绝缘相在1 T-TaSe 2，看到的强烈减少其能隙和淬火的相关驱动的轨道纹理在双层和三层1 T-TaSe 2。我们的研究结果建立了单层1 T-TaSe 2作为一个有用的新平台，研究强关联物理在两个维度。
2019-05-16 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Numerical analysis of voltage-controlled magnetization switching operation in magnetic-topological-insulator-based devices
本研究通过微磁模拟分析磁性拓扑绝缘体器件中电压控制磁化翻转的写入错误率，发现其对延迟和噪声鲁棒，室温下可实现低至10^-4的WER，且增大SOT可提升热稳定性，为超低功耗自旋电子器件提供新视角。
2023-09-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Room temperature spin-orbit torque switching induced by a topological insulator
拓扑绝缘体（TI）具有丰富的自旋轨道物理性质，在自旋电子器件中具有广阔的应用前景，因此近年来对其磁输运性质的研究引起了人们的极大关注。特别是强自旋矩耦合的电子态被广泛追求，以实现有效的自旋轨道矩（SOT）开关。然而，到目前为止，只有在低温下观察到电流感应磁开关与TI。在室温下，TI中的拓扑保护电子态是否有利于自旋电子学应用仍然是一个有争议的问题。在这项工作中，我们报告全SOT开关在TI/铁磁双层异质结构的垂直磁各向异性在室温下。低开关电流密度为TI的高SOT效率提供了明确的证明。TI的有效自旋霍尔角被确定为比常用的重金属大几倍。我们的研究结果表明，作为SOT开关材料的TI的鲁棒性，并提供了一个直接的途径适用TI为基础的自旋电子器件。
2017-03-21 cond-mat.mtrl-sci
Direct observation of the spin texture in strongly correlated SmB6 as evidence of the topological Kondo insulator
拓扑近藤绝缘体（TKI）的概念是作为一类新的拓扑绝缘体而提出的，其中由于强自旋轨道耦合，非平凡表面态在低温下驻留在体近藤带隙中[1-3]。与其他三维（3D）拓扑绝缘体（例如Bi 2Se 3）相比，TKI在体块中是真正绝缘的[4]。此外，强电子关联存在于系统中，这可能与新的拓扑相相互作用。应用自旋和角度分辨光电子能谱（SARPES）的近藤绝缘体SmB 6，一个有前途的TKI候选人，我们揭示了SmB 6的表面态的自旋极化，和自旋被锁定的晶体动量。反向传播状态（即在k和-k处）具有受时间反演对称性保护的相反自旋极化。这些发现与表面布里渊区中4个时间反演不变动量之间的奇数个表面态费米面一起[5]，第一次证明了SmB 6可以在源于近藤效应的体中的全绝缘间隙中容纳非平凡拓扑表面态。因此，我们的实验结果表明，SmB 6是第一个实现的三维TKI。它也可以作为一个理想的平台，系统地研究新的拓扑量子态与涌现效应和竞争秩序诱导的强关联电子之间的相互作用。
2014-07-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Voltage-driven Magnetization Switching via Dirac Magnetic Anisotropy and Spin--orbit Torque in Topological-insulator-based Magnetic Heterostructures
磁化动力学的电场控制对于未来的自旋电子器件是基本的和技术上重要的。基于电场对磁各向异性和自旋轨道矩的控制，提出了两种不同的方法来实现拓扑绝缘体（TI）/磁-TI混合系统的磁化切换.在磁TI的磁各向异性能的公式解析为费米能量的函数，它被证实，面外磁化总是有利于部分占据的表面带。还提出了一种具有非易失性磁存储器功能的晶体管类器件，其使用电压驱动写入和（量子）反常霍尔效应进行读出。对于磁化反转，利用Cr掺杂的Bi_{1-x}（Sb_{x}）_{2} Te_{3}，估计的源极-漏极电流密度和栅极电压的数量级为$10^4$- $10^5$ THABMQ ~A/cm $^2$和0.1~V，写入时不需要外加磁场。还讨论了磁邻近效应的TI/铁磁绝缘体双层膜的磁化翻转的可能性，提出的方法。
2020-09-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Current-induced in-plane magnetization switching in biaxial ferrimagnetic insulator
铁磁绝缘体（FiMI）广泛应用于微波、磁光器件以及自旋热电子学中，其磁化方向对器件性能起着重要作用。通常通过施加外部磁场来切换磁化。在这里，我们研究了电流诱导的自旋轨道转矩（SOT）开关的磁化在Y3 Fe 5 O 12（YIG）/Pt双层膜与面内磁各向异性，其中开关检测自旋霍尔磁阻。在室温下，当阈值电流密度为10^7 A·cm^-2时，可以发现可逆开关。反平行和不等磁矩的YIG亚晶格与电流脉冲方向平行或反平行排列，这与反铁磁系统中的Neel序反转相一致。有人提出，这样的开关行为可能是触发的反阻尼力矩作用在两个反平行的子晶格的FiMI。这一发现不仅拓宽了电学磁化翻转的研究领域，促进了人们对磁化翻转的理解，而且为实现低功耗的全电调制微波器件和自旋热电子学奠定了基础。
2020-06-18 cond-mat.mtrl-sci
Interfacial Dzyaloshinskii-Moriya interaction and chiral magnetic textures in a ferrimagnetic insulator
重金属和铁磁金属多层膜中的界面Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用（Dzyaloshinskiii-Moriya interaction，Dzyaloshinski-Moriya interaction）使得新型手性自旋结构（如Skyrmions）能够稳定化。另一方面，磁性绝缘体可以表现出增强的动力学和性能，例如较低的磁阻尼，因此，将界面阻尼所实现的性能与绝缘系统相结合是有意义的。在这里，我们证明了存在的界面的异质结构，包括绝缘磁性层。我们使用的双层垂直磁化绝缘的铥铁石榴石（TmIG）和重金属铂，并发现一个令人惊讶的强大的界面，结合自旋轨道扭矩的结果，在有效的开关。通过厚度依赖性测量的界面的起源被确认，揭示了特征1/厚度依赖性与一个数量级的衰减长度相比，金属层。我们结合手性自旋结构和自旋-轨道转矩的有效切换和识别skyrmions，使我们能够建立GGG/TmIG接口的起源的prone。
2019-11-06 cond-mat.mtrl-sci
A conductive topological insulator with colossal spin Hall effect for ultra-low power spin-orbit-torque switching
利用重金属和拓扑绝缘体中的自旋霍尔效应（SHE）实现自旋-轨道-转矩（SOT）开关在超低功耗磁阻随机存取存储器（MRAM）中具有巨大的潜力。为了与传统的自旋转移矩（STT）开关竞争，需要具有大自旋霍尔角（$θ_{SH}$ > 1）和高电导率（$σ > 10^5 Ω^{-1}m^{-1}$）的纯自旋电流源。在这里，我们展示了这样一个纯自旋电流源：BiSb薄膜与$σ{\sim}2.5*10^5 Ω^{-1}m^{-1}$，$θ_{SH}{\sim}52$，和自旋霍尔电导率$σ_{SH}{\sim}1.3*10^7 {\hbar}/2eΩ^{-1}m^{-1}$在室温下。我们表明，BiSb薄膜可以在Bi $_{0.9}$中产生2770 Oe/（MA/cm $^2$）的巨大自旋轨道场和低至1.5 MA/cm $^2$的临界开关电流密度。Sb $_{0.1}$ / MnGa双层。BiSb是拓扑绝缘体首次工业应用的最佳候选材料。
2017-09-25 cond-mat.mtrl-sci
Ab initio study of exciton insulator phase: Emergent $\textit{p}$-wave spin textures from spontaneous excitonic condensation
提出无参数从头算方法确定 BCS 型激子配对序参与激发，发现单层 1T'-MoS₂ 是约 900 K 的非传统激子绝缘体，并给出 p 波自旋织构等判别光谱特征。
2025-03-14 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Topological Surface States Protected From Backscattering by Chiral Spin Texture
拓扑绝缘体是一类新的绝缘体，它通过强自旋轨道耦合产生电子激发的体隙。这些新型材料与普通绝缘体的区别在于存在无间隙金属边界态，类似于量子霍尔系统中的手性边缘模式，但具有非常规的自旋纹理。最近，实验和理论研究为二维和三维拓扑绝缘体及其在半导体量子阱结构和几种Bi基化合物中的新颖边缘态和表面态提供了强有力的证据。这些自旋纹理边界态的一个关键特征是它们对自旋无关散射不敏感，这可以保护它们免受反向散射和局部化的影响。这些手征态对于基于自旋的电子学是潜在有用的，其中长自旋相干性是关键的，并且还对于量子计算应用是潜在有用的，其中拓扑保护可以实现容错信息处理。在这里，我们使用扫描隧道显微镜（STM）可视化的三维拓扑绝缘体BiSb的无隙表面状态，并检查他们的散射行为所造成的无序在这个化合物中的随机合金化。结合STM和角分辨光电子能谱，我们表明，尽管强原子尺度的无序，反向散射状态的相反的动量和相反的自旋是不存在的。我们对自旋选择性散射的观察表明，这些状态的手性性质保护了载流子的自旋，因此它们有可能用于自旋电子器件中的相干自旋输运。
2009-08-09 cond-mat.mtrl-sci
Harnessing Interlayer Magnetic Coupling for Efficient, Field-Free Current-Induced Magnetization Switching in a Magnetic Insulator
针对磁性绝缘体因界面效应导致自旋相关作用弱、器件性能受限的问题，通过插入Co层利用金属-绝缘磁体交换耦合，将自旋轨道矩效率提升20倍以上，实现无外场电流诱导磁化翻转，为低功耗自旋电子器件提供新平台。
2024-04-01 cond-mat.mtrl-sci
Topological electronic structure and spin texture of quasi-one-dimensional higher-order topological insulator Bi4Br4
本文利用高分辨率ARPES系统研究了准一维高阶拓扑绝缘体候选材料Bi4Br4，在（100）表面观测到带隙表面态及带隙内铰链态，证实其高阶拓扑相，并展示了一维自旋-动量锁定电流的应用前景。
2023-11-06 cond-mat.mtrl-sci
Magnetic Texture in Insulating Single Crystal High Entropy Oxide Spinel Films
磁绝缘体是下一代存储器和自旋电子学应用的重要材料。这类器件中的结构约束通常需要干净的异质界面，以允许绝缘层和导电层之间的有效磁耦合。然而，有相对较少的磁性绝缘体的例子，可以合成的表面质量，将允许这些光滑的界面和精确调谐的界面磁交换耦合，这可能是适用于在室温下。在这项工作中，我们演示了一个例子，如何在磁绝缘层的配置复杂性可以用来实现这些属性。熵辅助的合成是用来创建单晶（Mg0.2Ni0.2Fe0.2Co0.2Cu0.2）Fe2O4薄膜衬底上跨越一系列的应变状态。这些薄膜在室温下表现出光滑的表面、高电阻率和强磁响应。局部和全局磁测量进一步展示了应变如何用于操纵磁纹理和各向异性。这些发现提供了如何使用成分复杂的材料设计精确的磁响应的见解，这些材料可能会在下一代磁性设备中找到应用。
2021-03-30 cond-mat.mtrl-sci
Four allotropes of semiconducting layered Arsenic which switch into a topological insulator via an electric field: A computational study
我们提出了四种不同的砷单分子膜的从头算密度泛函理论计算的基础上，所有这些都经历了一个垂直电场的应用拓扑相变的结构相。所有四种砷单层同素异形体具有宽的带隙，从1.21 eV到3.0 eV（基于GW计算）变化，并且通常它们在施加单轴层内应变时经历金属-绝缘体量子相变。此外，增加的横向电场在所有四个单层同素异形体中的Γ点处诱导带反转，导致非平凡拓扑相（对于三个同素异形体是绝缘的，对于一个同素异形体是金属的），其特征在于Z 2指数从0（带反转之前）切换到1（带反转之后）。由横向电场调谐的拓扑相位应该支持自旋分离的无带隙边缘态，这应该在量子自旋霍尔效应中表现出来。
2016-06-29 cond-mat.mtrl-sci
Discovery of switchable weak topological insulator state in quasi-one-dimensional bismuth iodide
在过去的十年中，拓扑材料的重大突破都是由Z $_2$拓扑绝缘体（TI）的发现引发的。在三维（3D）中，TI被分为“强”或“弱”，强拓扑绝缘体（STI）的实验证实迅速遵循理论预测。相比之下，弱拓扑绝缘体迄今为止还没有得到实验验证，因为拓扑表面态只出现在特定的侧面上，而这些侧面在真实的3D晶体中通常是不可检测的。在这里，我们提供了碘化铋，$β$ -Bi 4 I4的WTI状态的实验证据。值得注意的是，晶体具有天然可分裂的顶面和侧面，两者都通过范德华力堆叠，这一直是实验实现WTI状态所期望的。作为它的一个明确的签名，我们发现准一维狄拉克TSS在侧面（100），而顶面（001）是拓扑黑暗。此外，从$β$ -到$α$ -相的晶体转变驱动从非平凡WTI到室温附近的平凡绝缘体的拓扑相变。这种拓扑相被视为三维堆叠的量子自旋霍尔（QSH）绝缘体，以及具有开/关开关的出色功能，将为受益于高度定向自旋电流的新技术奠定基础，该技术具有大密度，可防止反向散射。
2018-02-12 cond-mat.mtrl-sci
Operando imaging of all-electric spin texture manipulation in ferroelectric and multiferroic Rashba semiconductors
通过外部手段控制电子自旋是自旋电子器件的关键问题。利用自旋和角度分辨光电子能谱（SARPES）与三维自旋检测，我们证明了在铁电GeTe和多铁Ge 1-xMnxTe的操作静电自旋操纵。我们不仅首次证明了由于铁电极化反转在Rashba半导体中的静电自旋操纵，而且还能够详细跟踪开关路径，并显示出在外场下Rashba分裂强度的增益。在多铁性Ge_（1-x）Mn_xTe中，由于电场诱导的磁化反转，导致了垂直自旋分量的翻转。这提供了有效的多铁性耦合的有力证据，该多铁性耦合打开了具有多个自旋切换路径的磁电功能性，其中磁和电序参量通过铁弹弛豫路径耦合。因此，这项工作提供了一种新的类型的磁电开关纠缠与Rashba-Zeeman分裂的多铁性系统。
2017-07-26 cond-mat.mtrl-sci
Selective Spin-State Switch and Metal-Insulator Transition in \boldmath $\rm GdBaCo_2O_{5.5}$
$\rm GdBaCo_2O_{5.5}$的超高分辨同步辐射衍射数据为Co $^{3+}$ Ba-钴矿的金属-绝缘体转变提供了新的线索。CoO $_6$八面体的异常膨胀被观察到在加热的相变，而CoO $_5$金字塔显示正常收缩的间隙关闭。绝缘体到金属的转变归因于八面体（$t_{2g}^6$态）中的一些电子突然激发到Co $e_g$带（最终$t_{2g}^4e_g^2$态）中。金字塔中的$t_{2g}^5e_g^1$状态不会改变，结构研究还排除了$T_{MI}$处的$d_{3x^2-r^2}/d_{3y^2-r^2}$轨道排序。
2002-03-19 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
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
Designing Rashba-Dresselhaus effect in magnetic insulators
自旋电子学中控制磁性的主要策略之一是利用电子自旋与其轨道运动之间的耦合。Rashba和Dresselhaus自旋-轨道耦合引起带电子的磁性纹理，称为自旋动量锁定，其通过电流的注入产生自旋扭矩。然而，焦耳加热一直是器件应用的瓶颈。在这里，我们提出了一个理论，以产生进一步丰富的自旋纹理的绝缘反铁磁体与破缺的空间反转对称性（SIS），这是很容易控制的一个小磁场。在反铁磁体中，有序磁矩包含两种磁振子，它们充当与电子自旋类似的内部自由度。由SIS破缺引入的Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用将两个磁振子自由度与磁振子动量耦合。我们提出了一个系统的方法来设计这样的纹理和检测它通过磁子自旋电流的反铁磁存储器的实现。
2019-03-08 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Topological Magnetoelectric Switching on the Atomic Scale
MnBi 2 Te 4系列的内禀磁性拓扑绝缘体有望实现轴子绝缘体，轴子绝缘体是一种理论上预测的能够相互转换电信号和磁信号的物质状态，其性质令人想起宇宙学的轴子暗物质。在这里，我们报告的第一个实验实现的室温轴子单自旋开关的拓扑超材料MnBi2Te3。在扫描隧道显微镜（STM）实验中，通过使用STM针尖去除MnBi2Te4表面的Te原子层，原位产生了超材料。室温STM研究MnBi2Te3揭示了原子尺度的变化交换间隙和形成纳米级自旋气泡钉扎在亚表面缺陷。我们发现，利用STM针尖的局部电场，MnBi_2Te_3中的单个自旋态可以被可逆地转换，其磁电响应与理论预测的轴子绝缘体的响应相当。所观察到的拓扑表面磁性显着高于体Néel温度。
2020-11-15 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Device Applications of Heterogeneously Integrated Strain-Switched Ferrimagnets/Topological Insulator/Piezoelectric Stacks
Virginia Commonwealth University（弗吉尼亚联邦大学）
通过异质集成铁磁体/拓扑绝缘体/压电堆叠，利用应变调控磁各向异性实现电流调制，用于跨导放大器或神经形态计算突触
2026-02-10 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other cs.SY
