Introduction to Dirac materials and topological insulators
我们提出了一个简短的教学介绍狄拉克材料的物理学，仅限于石墨烯和二维拓扑绝缘体。我们首先简要回顾一下粒子物理学中的狄拉克方程和外尔方程。转向凝聚态系统，介绍了半金属石墨烯和各种狄拉克绝缘体，包括Haltron和Kane-Mele拓扑绝缘体。我们还简要讨论了强自旋轨道耦合材料的实验实现。
2013-10-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Drude Conductivity of Dirac Fermions in Graphene
在石墨烯中运动的电子表现为无质量的狄拉克费米子，它们表现出迷人的低频电输运现象。然而，它们的动态响应在1太赫兹（THz）以上的频率下鲜为人知。这些知识不仅对于更深入地理解狄拉克电子量子输运非常重要，而且对于石墨烯在超高速THz电子学和IR光电子学中的应用也非常重要。在本文中，我们报告的第一个测量的高频导电性的石墨烯从太赫兹到中红外在不同的载流子浓度。电导率表现出类似德鲁德的频率依赖性，并在太赫兹频率显着增加，但其绝对强度大大低于理论预测。这种自由电子振子强度的异常降低被石墨烯带间跃迁的相应变化所证实，正如求和规则所要求的那样。我们令人惊讶的观察表明，多体效应和狄拉克费米子杂质相互作用超越电流输运理论是重要的狄拉克费米子在石墨烯的电响应。
2010-07-27 cond-mat.mes-hall
Emission of coherent THz magnons in an antiferromagnetic insulator triggered by ultrafast spin-phonon interactions
反铁磁材料由于其超快自旋动力学特性，被认为是一种新型窄带THz自旋电子器件。然而，操纵他们的自旋动力学相干，仍然是一个关键的挑战，预计将通过自旋轨道扭矩或直接光学激发。在这里，我们证明了宽带太赫兹（非相干）磁振子和窄带（相干）磁振子在1太赫兹的NiO/Pt的低阻尼薄膜的组合产生。我们的证据，实验和通过建模，两个激发过程的磁化动力学在NiO，非共振瞬时光学自旋扭矩和应变波引起的太赫兹扭矩引起的超快Pt激发。这两种现象导致通过相邻重金属层中的逆自旋霍尔效应发射THz信号。我们解开的特征时间尺度的两个激发过程被发现是< 50 fs and >300 fs，分别，从而打开了新的路线发展的快速光自旋电子器件的反铁磁材料的基础上。
2022-05-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.other physics.optics
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
Circular THz ratchets in a 2D-modulated Dirac system
University of Regensburg（雷根斯堡大学）；National Institute for Materials Science（物质材料研究机构）
研究通过太赫兹激光在特定设计的二维超材料中观察到环形马蹄效应，利用周期性驱动和空间不对称性将交流功率转换为直流电流，其方向随辐射手性切换，展示了在室温下2.54 THz频率下的可控调制。
2024-02-27 cond-mat.mes-hall
Resolving the Dirac Cone on the Surface of Bi2Te3 Topological Insulator Nanowires by Field-Effect Measurements
我们验证了线性色散关系，并通过场效应和磁阻测量相结合，我们明确地证明了纳米线表面态的拓扑绝缘体性质的一个单一的Bi2Te3纳米线的表面上解决狄拉克锥。此外，我们表明，实验确定的载流子浓度，迁移率和表面态的回旋质量与相对论模型非常吻合。我们的方法提供了一种简便的方法来识别拓扑绝缘体，太小的角度分辨光电发射光谱。
2014-05-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
THz conductivity of graphene on boron nitride
氮化硼衬底上的石墨烯的导电性在太赫兹（THz）和红外（IR）频率区域中表现出与由弱耦合二维材料形成的周期性莫尔图案相关联的特征。当两个蜂窝晶格取向对齐时，THz和IR特征最强，并且在这种情况下，泡利被阻挡，除非费米能级相对于石墨烯片狄拉克点接近$\pm 150$ meV。由于在狄拉克点以上形成的莫尔带之间的跃迁能量很小，因此n掺杂石墨烯中的交流导电性特征往往被德鲁德峰压倒。然而，衬底诱导的带分裂在狄拉克点以下的能量处更大，并且然而可以在p掺杂的石墨烯中在THz和IR频率处导致尖锐的特征。在这封信中，我们专注于最强的几个THz和IR特征，解释它们如何从莫尔带联合态密度的临界点产生，并评论它们活跃的费米能量区间。
2015-07-07 cond-mat.mes-hall
Topological Insulator State due to Finite Spin-Orbit Interaction in an Organic Dirac Fermion System
最近，Valenti等人指出了有机材料中自旋-轨道相互作用（SOI）的重要性，并根据小SOI带隙解释了狄拉克半金属α-（BEDT-TTF）2 I3在低温下的异常绝缘行为。我们提出了一个具有合理SOI耦合的晶格模型，并指出带隙态是一个拓扑绝缘体。该模型是石墨烯的Kane-Mele模型的有机类似物。
2018-04-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Visualizing the interplay of Dirac mass gap and magnetism at nanoscale in intrinsic magnetic topological insulators
在内禀磁性拓扑绝缘体中，狄拉克表面态能隙是量子反常霍尔态和轴子绝缘态的先决条件。然而，要在非纳米比亚实验性的基础上确定这些差距，已证明是一项挑战。在这里，我们使用分子束外延生长本征MnBi_2 Te_4薄膜。使用扫描隧道显微镜/光谱，我们直接可视化狄拉克质量间隙和它的消失低于和高于磁序温度。我们进一步揭示了狄拉克质量间隙和局部磁缺陷的相互作用。我们发现，在高缺陷区，狄拉克质量间隙崩溃。从头算和耦合狄拉克锥模型计算提供了深入了解缺陷密度和空间间隙变化之间的相关性的微观起源。该工作提供了明确的识别的狄拉克质量间隙在MnBi 2 Te 4，并通过揭示其间隙变化的微观起源，建立了一个材料设计原则，实现奇异态的内禀磁性拓扑绝缘体。
2022-08-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Experimental Observation of Bound States of 2D Dirac Electrons at Surface Steps of the Topological Insulator Bi$_2$Se$_3$
三维拓扑绝缘体的拓扑保护表面态为研究二维无质量狄拉克电子提供了一个模型框架。通常把拓扑绝缘体表面的台阶当作狄拉克电子的散射体，研究其效应主要集中在入射电子和散射电子的干涉上。然后，一个主要的作用是远离狄拉克点的狄拉克锥的翘曲。在狄拉克点附近的台阶的存在所带来的另一个显着的效果的存在，实验证明在这里。即台阶附近的能带弯曲导致相应势阱中一维束缚态的形成。本文报道了我们在拓扑绝缘体Bi $_2$ Se $_3$表面的扫描隧道显微镜和光谱研究中观察到的这种势阱中的束缚态。数值模拟支持我们的结论，并提供了一个配方，识别这样的状态。
2019-01-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast electron dynamics at the Dirac node of the topological insulator Sb$_2$Te$_3$
拓扑绝缘体是物质的一种新的量子态。它们的表面和界面作为一个拓扑边界，产生无质量的狄拉克费米子与自旋螺旋纹理。研究狄拉克点附近的费米子动力学对拓扑绝缘体自旋电子器件的未来发展至关重要。然而，迄今为止的研究一直是不令人满意的，因为大量的重叠与体价带和缺乏一个完全未被占用的狄拉克点（DP）。在这里，我们探索表面狄拉克费米子动力学的TI Sb $_2$ Te $_3$的时间和角度分辨光电子能谱（TRARPES）。Sb $_2$ Te $_3$具有完全位于费米能（$E_F$）之上的DP，具有带隙内DP。上狄拉克锥中的受激电子比狄拉克点以下的受激电子停留更长的时间，以形成反转的布居。这归因于DP附近的态密度（DOS）降低。
2015-07-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Quantized Magneto-Terahertz Effects in the Antiferromagnetic Topological Insulator MnBi$_2$Te$_4$ Thin Films
本文利用太赫兹法拉第与克尔旋转光谱研究分子束外延生长的 MnBi$_2$Te$_4$ 薄膜，观测三种磁态，并在无栅压的 6 SL、7 SL 样品中发现 6 T 以下的量子化霍尔态。
2025-03-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Observation of three-dimensional Dirac semimetal state in topological insulator Bi2Se3
预测了三维拓扑绝缘体在拓扑到平凡相变的临界区域中表现出三维Dirac半金属态。在这里，我们展示了第一个实验证据的三维狄拉克半金属态的拓扑绝缘体Bi 2 Se 3与体载流子浓度为~ 10 ^19 cm^{-3}，使用磁输运测量。在低温下，我们的Bi 2Se 3晶体的电阻率表现出明显的Shubnikov-de Haas（SdH）振荡高于6 T。通过Lifshitz-Onsanger和Lifshitz-Kosevich理论对这些振荡的分析揭示了来自3D能带的非平凡π Berry相位，这是3D Dirac半金属态的决定性特征。我们的晶体中的Dingle温度和自然硒空位的大值表明，所观察到的3D狄拉克半金属态是增强的应变场和较弱的有效自旋轨道耦合的结果。
2015-04-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Graphene-like Dirac states and Quantum Spin Hall Insulators in the square-octagonal MX2 (M=Mo, W; X=S, Se, Te) Isomers
我们研究了过渡金属二硫属化物MX $_2$（$M$ =Mo，W; $X$ =S，Se，Te）的正六方晶格，作为MX $_2$正六方化合物的异构体。通过能带结构的计算，我们观察到了具有非对称空间群对称性的MX $_2$矩形晶格中的类石墨烯Dirac能带结构。范霍夫奇点的两个带在费米能级处相交，导致两个动量相反的狄拉克锥。自旋轨道耦合可以在这些狄拉克点打开一个非平凡的能隙，并诱导量子自旋霍尔（QSH）相，二维拓扑绝缘体。在这里，正方形-八边形MX $_2$结构实现了过渡金属二硫属化物中有趣的石墨烯物理，如狄拉克带和QSH效应。
2015-03-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Giant resonant nonlinear THz valley Hall effect in 2D Dirac semiconductors
Guangdong Technion – Israel Institute of Technology（广东以色列理工学院）；Rzhanov Institute of Semiconductor Physics, Siberian Branch of Russian Academy of Science（俄罗斯科学院西伯利亚分院热诺夫半导体物理研究所）；Novosibirsk State Technical University（新西伯利亚国立技术大学）；Technion – Israel Institute of Technology（以色列理工学院）
研究通过两能带哈密顿量揭示了在交叉太赫兹电场和静态磁场下，二维非对称半导体中巨量环形共振的谷Hall响应机制，发现非线性谷电流控制的新途径。
2026-04-10 cond-mat.mes-hall
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
Dirac point spectral weight suppression and surface "gaps" in nonmagnetic and magnetic topological insulators
理论预测，当时间反演对称性被面外磁化破坏时，拓扑绝缘体表面的电子可以通过在狄拉克点打开能隙而获得质量（质量狄拉克费米子）.我们报道了一系列拓扑绝缘体材料的光电子能谱研究，重点是狄拉克节点附近的光谱行为。我们的研究结果表明，光谱强度被抑制，导致在材料中的“间隙”的功能，或没有任何磁性杂质或掺杂。磁掺杂样品中的塞曼间隙，预计是相当小的，很可能被掩盖的非磁性强光谱重量抑制涉及一个大的能量尺度，我们报告。因此，在狄拉克节点周围观察到的光发射光谱权重抑制不能作为时间反演对称性破缺磁隙的唯一证据。我们讨论了一些可能的外在和运动学的狄拉克点谱重抑制（“间隙”）在许多常用的拓扑材料中观察到的起源。
2012-12-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Universal transparency and fine band structure near the Dirac point in HgTe quantum wells
本研究在6.5纳米HgTe量子阱中观察到由精细结构常数决定的普适太赫兹透明性，并通过磁场太赫兹光谱证实狄拉克锥的不对称自旋分裂，为光学控制边缘自旋电流提供了途径。
2025-04-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
New topological surface state in layered topological insulators: unoccupied Dirac cone
用密度泛函理论研究了拓扑绝缘体Bi_2Se_3、PbSb_2Te_4和Pb_2Bi_2Te_2S_3中的未占态.结果表明，在这些绝缘体（0001）表面布里渊区中心的反向导带能隙中出现了线性色散的表面态。Z_2不变量的另一种表达式使我们能够证明第二个Gamma Dirac锥存在的一个必要条件是在体谱的时反不变动量点处存在局域能隙，并且其中一个点的宇称发生了变化。
2013-03-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Topological nonsymmorphic insulator versus Dirac semimetal in KZnBi
本文通过多种密度泛函计算揭示KZnBi中交换关联泛函强度决定其拓扑态，证明强XC效应是实现狄拉克半金属态的关键。
2023-12-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Long-lived Zone-boundary Magnons in an Antiferromagnet
本文在反铁磁绝缘体CoTiO3中发现了长寿命的区界THz磁振子，其寿命长于区中心磁振子，揭示了反铁磁序与交换各向异性等因素对延长磁振子寿命的积极作用，为拓扑磁振子的未来研究提供了新视角。
2025-04-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Non-trivial spin-texture of the coaxial Dirac cones on the surface of topological crystalline insulator SnTe
本文采用第一性原理计算研究了拓扑晶体绝缘体SnTe的非平凡表面态及其自旋织构。[001]表面上的表面态色散呈现出四个Dirac-cone，中心位于镜面和表平面的相交处。我们提出了一个简单的模型，两个相互作用的同轴狄拉克锥来描述的表面态色散和相关的自旋纹理。虽然由于晶体和时间反转对称性，面外自旋极化为零，但由于两个同轴狄拉克锥的相互作用，面内自旋织构显示出螺旋性和一些扭曲，表明非平凡的镜像陈氏数为-2，不同于$Z_{2}$拓扑绝缘体（如Bi/Sb合金或Bi $_2$ Se $_3$）中的值-1。表面态色散和它的自旋织构将提供一种实验上可获得的方法来确定非平凡的镜像陈氏数。
2013-04-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
Topological Insulator to Dirac Semimetal Transition Driven by Sign Change of Spin-Orbit Coupling in Thallium Nitride
基于第一性原理计算，我们发现TlN是一种具有有效负自旋轨道耦合$λ_{eff} < 0$的三维拓扑绝缘体，其表面态具有相反的自旋动量锁定效应. $λ_{eff}$的符号取决于N- $2p$和Tl- $5d$态之间的杂化，并且可以通过晶格应变或化学取代从负到正进行调谐，从而驱动系统成为在其体态具有3D狄拉克锥的狄拉克半金属。这种拓扑相变可以在不破坏任何晶体对称性的情况下通过电子机制实现。
2014-09-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Single Dirac-cone on the Cs-covered topological insulator surface Sb2Te3(0001)
利用角分辨光电子能谱学研究了三维拓扑绝缘体（TI）Sb_2 Te_3（0001）的表面电子结构。我们的数据表明，在体能隙中存在一个拓扑表面态，其Dirac点位于费米能级之上。Cs原子在Sb_2 Te_3（0001）上的吸附引起电子价带态的向下能量移动，其饱和值为~200 meV。对于饱和覆盖度，线性色散表面态的Dirac点位于费米能级附近。因此，电子结构的Cs/Sb 2 Te 3接口相当大地偏离先前研究的金属TI接口的基础上的同构化合物Bi 2Se 3的原子组成的重要性，在这些异质系统。
2012-09-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Quasiparticle Dynamics in Reshaped Helical Dirac Cone of Topological Insulators
拓扑绝缘体（TI）和石墨烯是两类独特的材料，它们分别具有自旋极化（螺旋）和非极化的Dirac-cone能带结构。多体相互作用对石墨烯中Dirac点附近线性能带的重正化作用的重要性已被广泛认识并引起了人们的关注。然而，螺旋狄拉克点的重整化尚未观察到在TI。在这里，我们报告的重正化准粒子光谱的实验观察与一个歪斜的狄拉克锥在一个单一的Bi双层生长在Bi 2 Te 3衬底上，从角分辨光电子能谱。第一性原理能带计算表明，准粒子谱可能与Bi双层膜的非本征衬底诱导狄拉克态和Bi_2 Te_3膜的本征表面狄拉克态在能量接近处的杂化有关.没有这样的杂交，只有单粒子狄拉克光谱观察到在一个单一的Bi双层生长在Bi 2Se 3，其中的非本征狄拉克态Bi双层和Bi 2Se 3的本征狄拉克态是很好地分离的能量。多体相互作用的可能起源进行了讨论。我们的研究结果提供了一种手段来操纵拓扑表面状态。
2013-02-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Observation of a Topological Insulator Dirac Cone Reshaped by Non-magnetic Impurity Resonance
在拓扑绝缘体表面发现的无质量狄拉克电子被认为受弱的非磁性无序的影响很小。然而，理论上预测强扰动非磁性杂质的共振效应会改变低能准粒子的色散和物理性质，导致缺乏微观平移对称性的独特粒子状状态。在这里，我们报告的直接观察的杂质重塑模型3D拓扑绝缘体Bi2Se 3的表面狄拉克锥。对于第一次，一个明显的扭结状分散功能中观察到的无序富集的样品，并发现密切相关的异常所造成的杂质共振的表面状态的态密度，观察到的二向色角分辨光电子能谱（ARPES）。这些功能，这非常类似于理论预测的实验观察，具有显着的影响，拓扑狄拉克锥在应用场景中，通常在表面或界面的功能点缺陷无序的属性。
2018-04-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Dirac points merging and wandering in a model Chern insulator
本文提出含复数近邻跃迁与子晶格势的正方晶格 Chern 绝缘体模型，揭示可移动、合并和分裂的 Dirac 点及特殊拓扑相变线，并指出其可在光学晶格中实验模拟。
2018-09-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
Terahertz Spin-Light Coupling in Proximitized Dirac Materials
本文研究二维 Dirac 材料中磁与自旋轨道邻近效应诱导的 THz 自旋-光耦合，通过平均场与量子理论解释 EDSR，并证明 graphene 的增强反常吸收及器件价值。
2024-10-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
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
Proposal for THz lasing from a topological quantum dot
拓扑量子点（Topological quantum dots，TQD）是一种半径小于100 nm的三维拓扑绝缘体纳米粒子，具有能量离散的表面态。我们提出了一个方案，利用这些能级在一个封闭的激光方案，其中一个单一的TQD，当泵浦与非相干太赫兹光，激光从其表面状态在太赫兹制度。与该系统相关的时间尺度异常缓慢，并且激光以非常低的阈值发生。由于低阈值，我们预测，在室温下的黑体辐射提供足够的光子泵浦系统，提供了一条路线，室温太赫兹激光与黑体辐射作为泵。
2021-05-10 cond-mat.mes-hall
Topological invariants for three dimensional Dirac semimetals and four dimensional topological rotational insulators
狄拉克半金属是一类由某些类型的晶体对称性保护的半金属相，其低能有效哈密顿量由三维（3D）狄拉克方程描述。尽管有各种理论研究，但描述狄拉克半金属拓扑性质的理论尚未完全建立。在这篇工作中，我们通过在四维（4D）中建立3D Dirac半金属和拓扑晶体绝缘体之间的映射，定义了3D Dirac半金属的拓扑不变量。我们证明了这一计划，通过构建一个紧束缚模型的4D拓扑晶体绝缘体的旋转对称性的保护。一种新的拓扑不变量，“旋转陈数”，被证明是该系统的拓扑特征。作为旋转陈数的结果，在这个4D系统的3D表面上发现了无间隙的狄拉克点。对于具有两个表面的平板，我们发现相应的两个表面态的低能有效理论可以直接映射到3D Dirac半金属的低能有效理论，这表明3D Dirac半金属的拓扑性质可以用4D中定义的转动Chern数来表征.我们的方案提供了一个新的系统的方法来提取拓扑半金属相的拓扑性质。
2016-05-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
New quantum critical points of $j=3/2$ Dirac electrons in antiperovskite topological crystalline insulators
我们研究了具有$O_h$对称性的立方晶体中$j=3/2$ Dirac电子的长程库仑相互作用的效应，它是反钙钛矿拓扑晶体绝缘体的有效模型.重整化群分析揭示了三个不动点，它们是洛伦兹不变量、旋转不变量和$O_h$不变量。其中，Lorentz-和$O_h$ -不变不动点在低能极限是稳定的，而旋转不变不动点是不稳定的。有限速度各向异性狄拉克费米子的稳定$O_h$不变不动点的存在性是固体中突现洛伦兹不变性的一个有趣的反例。
2016-06-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
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
Laser-driven parametric instability and generation of entangled photon-plasmon states in graphene and topological insulators
我们表明，一个强的红外激光束倾斜入射到石墨烯可以经历一个参数不稳定性衰减成低频（闲频）光子和太赫兹表面等离子体。这种不稳定性是由于石墨烯的空间色散引起的强烈的面内二阶非线性响应。参量衰减导致THz等离子体激元的有效产生，并引起闲频光子和表面等离子体激元态的量子纠缠。类似的过程可以由拓扑绝缘体如Bi $_2$ Se $_3$的表面态支持。
2016-04-08 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
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
Quantum confinement of the Dirac surface states in topological-insulator nanowires
三维（3D）拓扑绝缘体（TI）的非平凡拓扑决定了无隙狄拉克表面态的出现。有趣的是，当将3D TI制成纳米线时，由于量子限制，在狄拉克点处打开了一个间隙，导致了奇特的狄拉克子能带结构。该间隙可用于，例如，基于TI的未来马约拉纳量子比特。此外，这些狄拉克子带可以由磁通量操纵，并且是产生稳定的马约拉纳零模（MZM）的理想平台，其在拓扑量子计算中起关键作用。然而，到目前为止，还没有直接的证据，在TI纳米线的狄拉克子带。在这里，我们表明，通过生长非常薄（$\sim$ 40 nm直径）的体绝缘拓扑绝缘体（Bi $_{1-x}$ Sb $_x$）$_2$ Te $_3$的纳米线，并通过调整其化学势的狄拉克点与门控，可以明确地识别狄拉克子能带结构。具体而言，栅极可调四端器件上测得的电阻被发现呈现非等距峰作为栅极电压的函数，我们理论上证明这是量子限制狄拉克表面态的独特签名。这些TI纳米线开辟了解决拓扑介观物理学的道路，并最终通过$s$波超导体接近时的马约拉纳物理学。
2019-10-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Ambipolar magneto-optical response of ultra-low carrier density topological insulators
利用时域太赫兹极化法研究了Sb $_2$ Te $_3$超低载流子密度薄膜的太赫兹磁光响应。未掺杂的Sb $_2$ Te $_3$具有位于体价带内部的化学势。因此，它的拓扑响应被散装货船掩盖。然而，利用适当的缓冲层工程和化学掺杂，Sb $_2$ Te $_3$薄膜可以以极低的电子或空穴密度生长。超低载流子密度样品在磁场中表现出不寻常的光学性质和量子化响应。与狄拉克费米子的预期一致，即使在零场电导率低于可检测水平的样品中也可以看到量子化的霍尔响应。法拉第角的不连续性与填充分数的微小变化是时间反演对称性破缺的2D狄拉克系统中宇称异常的表现。
2020-10-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
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
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
Ultra-long wavelength Dirac plasmons in graphene capacitors
石墨烯是一个有价值的2D平台，为等离子体激元在最近的太赫兹和中红外光学实验所示。然而，这些高能等离子体激元耦合到介电表面模式，从而产生混合等离子体激元-极化激元激发。超长波长解决了GHz-THz电子域中等离子体光谱的低能量端，其中本征石墨烯狄拉克等离子体基本上与其环境解耦。然而，实验是难以捉摸的，由于阻尼欧姆损失在低频。我们在这里展示了一个等离子体共振电容器（PRC）使用六方氮化硼（hBN）封装的石墨烯在低温下在近弹道制度。我们报告的$100\;\mathrm{μm}$四分之一波等离子体模式，在$40\;\mathrm{GHz}$，与品质因数$Q\simeq2$。谐振技术的准确性产生了一个精确的电子压缩性和动力学电感的测定，允许评估从固有的狄拉克等离子体的残余偏差。我们的电容GHz实验构成了在无线通信和传感的子THz域中用于微波检测的等离子体谐振晶体管的演示的第一步。这也为实现克莱因隧穿控制等离子体传播的掺杂调制超晶格铺平了道路。
2018-06-22 cond-mat.mes-hall
Terahertz Polarization Conversion from Optical Dichroism in a Topological Dirac Semimetal
拓扑狄拉克半金属（TDSM），如Cd $_3$ As $_2$和Na $_3$ Bi，表现出强的光学二向色性，沿不同的晶轴具有相反的介电常数。然而，这种光学二向色性在基于TDSM的光电子器件的研究中经常被忽视，并且这种光学二向色性是否可以导致在各向同性近似下未发现的独特功能性至今仍然是一个悬而未决的问题。在这里，我们表明，在TDSM的光学二色性导致截然不同的太赫兹（THz）的响应和设备的性能相比，各向同性的情况下。使用有限差分时域模拟的Cd $_3$作为$_2$为基础的超颖表面，我们表明，这种光学二向色性可以导致一个意想不到的太赫兹波偏振转换，即使超颖表面结构保持C $_4$四重旋转对称，一个实际上有用的功能下实现的各向同性模型的TDSM。我们的研究结果具体揭示了各向同性和各向异性介质之间的对比光谱响应，并揭示了各向异性TDSM在太赫兹应用中的能力，不仅导致更准确的器件建模，而且还实现了太赫兹波偏振转换的新途径，而不需要传统偏振转换器中常用的复杂器件形态。
2022-08-24 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
