Screening and atomic-scale engineering of the potential at a topological insulator surface
利用扫描隧道显微镜（STM）研究了三维拓扑绝缘体Bi $_2$ Se $_3$（111）表面Rb原子的分布，研究了其静电行为.带正电荷的离子被驻留在拓扑表面状态中的自由电子以及导带的带弯曲诱导的量子阱状态两者屏蔽，导致令人惊讶的短屏蔽长度。结合基于STM的原子操作的势能的理论描述，我们证明了在具有原子尺度控制的拓扑表面上创建定制的电子势景观的能力。
2013-12-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Probing edge state conductance in ultra-thin topological insulator films
量子自旋霍尔（QSH）绝缘体具有独特的电子特性，包括在其二维内部的带隙和一维自旋极化边缘状态，其中电流弹道地流动。在扫描隧道显微镜（STM）中，边缘态表现为局域态密度。然而，在纳米尺度光谱学中的边缘状态的观察与边缘通道中的弹道输运的检测之间存在显著的研究差距，边缘通道中的弹道输运通常依赖于具有微尺度光刻接触的输运实验。在这里，我们研究了三维拓扑绝缘体（Bi $_{x}$ Sb $_{1-x})_2$ Te $_3$）的几层薄膜，其中的拓扑过渡到二维拓扑QSH绝缘体相已被提出。实际上，在带隙内观察到局部态密度中的边缘态。然而，在纳米级传输实验与四尖STM，2和3五层膜不表现出弹道电导的边缘通道。这表明，边缘状态在光谱学的检测可能是误导方面的QSH相位的识别。相比之下，纳米尺度的多尖端传输实验是一个强大的方法，有效地精确定位弹道边缘通道，而不是平凡的边缘状态，在量子材料。
2022-04-07 cond-mat.mes-hall
Probing surface states exposed by crystal terminations at arbitrary orientations of three-dimensional topological insulators
三维拓扑绝缘体（TI）的体能带结构的拓扑性质以金属表面态的形式表现出来。在本文中，我们提出了一个探针，直接耦合到这些表面态的奇异属性，即自旋动量锁定。我们表明，有关自旋纹理的信息，因此提取，不同的表面可以放在一起，以重建表征散装能带结构的材料的参数，因此作为全息图。对于特定的TI材料，如$\text{Bi}_2\text{Se}_3, \text{Bi}_2\text{Te}_3 \text{and Sb}_2\text{Te}_3$，平面表面态在它们的光谱和每个角度（$θ$）的相关自旋织构方面彼此不同，表面的法线与晶体生长轴形成该角度。我们开发了这样的任意表面和自旋极化STM之间的隧道哈密顿，它提供了一个独特的指纹的分散体和相关的自旋纹理对应于每个$θ$。此外，本文中提出的理论可以用于从STM光谱本身提取给定的任意平面表面的$θ$值，从而有效地模仿X射线光谱。
2015-05-17 cond-mat.mes-hall
Hyperbolic band topology with non-trivial second Chern numbers
拓扑带理论为不同类型的拓扑物质的分类建立了一个标准化的框架。最近的研究表明，非欧空间中的双曲格也可以用双曲Bloch定理来刻画。这一理论促进了双曲带状拓扑的研究，其中第一陈数保护的双曲拓扑带状绝缘子已经被提出。在这里，我们报告了一个新的发现，双曲拓扑带绝缘体的建设与消失的第一陈数，但一个非平凡的第二陈数。我们的模型具有{8，8}双曲镶嵌的非阿贝尔平移对称性。通过设计晶胞间的耦合和每个晶胞中的子晶格的现场势，可以出现具有量子化的第二陈数的非平凡带隙。在实验中，我们构造了两种具有周期边界条件和部分开边界条件的有限双曲电路网络来检测双曲拓扑带状绝缘子。我们的工作提出了一种新的方法来工程双曲拓扑状态与高阶拓扑不变量。
2023-02-26 cond-mat.mes-hall
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
Magnetic impurities on the surface of a topological insulator
拓扑绝缘体的表面态由2+1维相对论性无质量Dirac方程描述。与石墨烯相反，有奇数个狄拉克点，电子自旋直接耦合到动量。我们发现，磁性杂质打开了一个本地的差距，并抑制了本地的态密度。此外，狄拉克电子态介导磁性杂质之间的RKKY相互作用，该磁性杂质总是铁磁性的，只要化学势位于狄拉克点附近。这些效应可以在STM实验中直接测量。我们还通过重整化群分析研究了淬火无序的情况。
2008-08-16 cond-mat.mes-hall
Mott metal-insulator transition from steady-state density functional theory
我们提出了一个计算有效的方法来获得的光谱函数的整体系统的稳态密度泛函理论（i-DFT）的框架内使用理想化的扫描隧道显微镜（STM）的设置。我们计算通过STM尖端的电流，然后从有限偏置微分电导中提取光谱函数。虚构的非相互作用系统的i-DFT功能的交换相关（xc）的贡献，以保证相同的电流在真正的相互作用系统的偏置。精确的xc偏置的属性，建立使用费米液体理论，并随后实施构建近似的哈伯德模型。我们表明，两种不同的晶格结构的金属-绝缘体过渡被捕获的i-DFT。
2020-11-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
STM observation of the hinge-states of bismuth nanocrystals
本研究通过STM观察铋纳米晶体，证实其为二阶拓扑绝缘体，并发现铰链态普遍存在于晶面交线处，提出其源于跨纳米晶面的隧穿耦合。
2023-03-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Stationary phase approach to the quasiparticle interference on the surface of three dimensional strong topological insulators
拓扑绝缘体表面能带的等能量等值线（CEC）不仅随材料的不同而变化，而且在不同的能量下也不同。拓扑绝缘体表面缺陷散射产生的准粒子干涉是揭示CEC拓扑结构的有效途径，可以用扫描隧道显微镜（STM）进行探测。使用固定相的方法，一般的解析公式的局部态密度以及Friedel振荡的幂律，仅基于时间反演对称性和局部几何周围的散射端点的CEC。特别是预测了表面态对磁性杂质和非磁性杂质的不同响应，并提出了在拓扑绝缘体表面的封闭“磁墙”装置中进行测量。
2011-08-30 cond-mat.mes-hall
Effect of surface defects and few-atomic steps on the local density of states of the atomically-clean surface of topological insulator Bi$_2$Se$_3$
本文报道了拓扑绝缘体Bi $_2$ Se $_3$的原子级洁净（111）表面的超高真空低温扫描隧道显微镜（STM）和光谱（STS）研究结果。我们观察到几种类型的新的亚表面缺陷，其位置和电荷对应于生长的晶体的p型导电。热电效应的符号也指示p型传导。STM和STS测量表明，化学势总是位于体带隙内。我们还观察到在研究表面的五重层台阶附近的局部态密度的变化。这种变化对应于狄拉克锥位置的移动或台阶边缘附近的化学势的移动。
2014-12-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Hyperbolic Topological Band Insulators
近年来，双曲晶格作为一种新的合成物质的范例出现，其能级在四维（或更高维）动量空间中具有能带结构。为了探索双曲能带理论中未知的拓扑方面，我们在这里介绍双曲拓扑能带绝缘体的基本模型：双曲Haldinger模型和双曲Kane-Mele模型;这两个模型都是通过用八边形取代欧几里得对应物的六边形单元获得的。通过计算位置和动量空间中的拓扑不变量，揭示了它们的非平凡拓扑。通过比较体和边界的状态密度，通过模拟边缘激发的传播，以及它们对无序的鲁棒性，证明了体边界对应。
2023-01-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
Quantum Corrals and Quantum Mirages on the Surface of a Topological Insulator
研究了拓扑绝缘体（TI）表面的量子相干。发现了反铁磁（NM）、反铁磁（AFM）和铁磁（FM）Corral诱导的不同的共振态，有趣的是，在FM Corral中自旋是明显的能量分辨，可以有效地用来操纵TI的表面载流子自旋.我们还表明，一个可观察到的量子海市蜃楼的磁性杂质可以从被占领的FM椭圆形畜栏的空焦点，而在NM和AFM畜栏的海市蜃楼信号变得可以忽略不计弱。此外，还讨论了量子相干中两个磁性杂质之间相互作用的调制。这些突出的效果可以通过自旋极化STM实验来测量。
2012-01-04 cond-mat.mes-hall
Photonic Chern insulators made of gyromagnetic hyperbolic metamaterials
利用人工光子晶体和电磁超材料控制光的传播是光子学领域的一个重要课题。值得注意的是，在光子Chern绝缘体的表面上或界面处的手性边缘态可以用于制造无反射波导。本文通过理论分析和电磁模拟，证明了旋磁双曲型超材料（GHM）是一种具有优良特性的光子Chern绝缘体。作为一种新的机制，在这些超材料中的双曲和旋磁效应的同时发生被证明打开与间隙陈数为1的大拓扑带隙。重要的是，与许多其他光子陈氏绝缘体不同，GHM陈氏绝缘体在其表面上具有非辐射手性边缘模式，因此允许在没有包覆金属的情况下制造单向波导，而包覆金属通常会产生相当大的欧姆损耗。此外，与晶体拓扑绝缘体相比，Chern绝缘体中的光子边缘态在很宽的长度尺度上都具有很强的抗无序性，并且通过改变外加磁场的方向，Chern绝缘体表面上的光流动方向可以很容易地翻转.有趣的是，我们发现拓扑表面波的负折射发生在GHM与旋磁参数相反的符号之间的边界。最后，我们表明，与其他光子拓扑材料，如手征双曲材料相比，目前的GHM陈氏绝缘体可以更容易地制作。
2019-11-19 cond-mat.mes-hall physics.optics
Landau Quantization of Massless Dirac Fermions in Topological Insulator
最近拓扑绝缘体（TI）的理论预测和实验实现引起了人们对这种量子物质新状态的浓厚兴趣。Bi_2Te_3，Bi_2Se_3，Sb_2Te_3等三维TI的表面态由单个无质量的Dirac锥组成。在材料中具有相反自旋的两个表面态分支的交叉完全受到狄拉克点处的时间反演（TR）对称性的保护，该对称性不能被任何TR不变扰动破坏。薄膜生长的最新进展使这种独特的二维电子系统（2DES）可以通过扫描隧道显微镜（STM）和光谱学（STS）进行探测。在STM实验中发现了非磁性杂质诱导的背散射被禁止的有趣的TR对称性保护的拓扑态。本文报道了用STM/STS方法对磁场中Bi_2Se_3拓扑表面态的朗道量子化。对离散朗道能级的直接观测有力地支持了拓扑态的二维性质，并直接证明了TI中朗道能级的非简并结构。我们证明了无质量狄拉克费米子的线性色散的LLS的平方根依赖于磁场。LLS的形成暗示了2DES的高迁移率，这已被预测为导致TI的拓扑磁电效应。
2010-03-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Self-consistent theory of ferromagnetism on the surface of a topological insulator
磁性杂质之间的Ruderman-Kittel-Kasuya-Yosida（RKKY）相互作用通过拓扑绝缘体表面的Dirac表面态介导，导致杂质的铁磁有序化。我们提出了一个自洽的理论的顺序，它考虑到在表面光谱的间隙引起的交换场的磁性杂质。我们发现，间隙并没有改变RKKY相互作用的一般结构，但相当大的影响其强度。这种反馈可以是正的和负的，取决于化学势和间隙之间的比率，并且它定性地修改磁性杂质的自旋极化的温度依赖性。由此产生的不寻常的温度依赖性可以直接测量角分辨光电子能谱（ARPES）和扫描隧道显微镜（STM）的实验。
2014-03-27 cond-mat.mes-hall
Topological insulators are tunable waveguides for hyperbolic polaritons
层状拓扑绝缘体，例如Bi $_2$ Se $_3$，在THz频率范围内是光学双曲材料。这种材料具有深度亚衍射，高度定向的集体模式：双曲声子极化激元。在薄晶体中，这种模式的色散被分裂成离散的子带，并受到电子表面态的强烈影响。如果表面态被掺杂，则混合集体模式由声子-极化激元与表面等离子体激元的耦合产生。杂化的强度可以通过改变表面态的化学势的外部门来控制。等离子体-声子耦合的动量依赖性导致了古斯-汉兴效应的极化激元模拟。极化激元射线的方向性及其可调谐的古斯-汉欣位移可以通过太赫兹纳米成像观察到。
2015-09-09 cond-mat.mes-hall physics.optics
Preserving the topological surface state: FePc on Bi2Se3
利用扫描隧道显微镜（STM）和光谱学（STS）研究了77 K超高真空下铁酞菁（FePc）分子在拓扑绝缘体Bi2Se3表面的生长.亚分子分辨率STM图像提供了原子尺度的注册表的分子的吸附位点，在顶部或桥梁，参考的Bi2Se3表面的顶面硒原子。STS数据揭示了FePc分子的HOMO和LUMO轨道相对于特异性结合位点的轻微移动。STS测量结果表明，Bi_2Se_3的狄拉克点在沉积FePc分子后没有发生变化。这表明拓扑绝缘体表面状态（TISS）的保护。我们推测，虽然Fe原子具有磁性，但在Pc环中连接到Fe的配体影响吸附在Bi2Se3衬底上的分子的磁性行为。我们的工作提出了一个例子，以推进调整TISS接口与不同的分子和设计的表面和接口与时间反转对称性保护的磁性纹理的战略平台。
2017-09-19 cond-mat.mes-hall
Tunnel Magnetoresistance scan of a pristine three-dimensional topological insulator
虽然三维拓扑绝缘体（TI）的表面态的费米表面具有零磁化，但是完整费米表面的任意段具有与所掌握的自旋-动量锁定类型一致的唯一磁矩。我们提出了一个三端设置，它直接耦合到费米表面的选定段的磁化，从而导致有限的隧道磁电阻（TMR）响应的TFTI表面状态，当耦合到自旋极化STM探针。这种多端TMR不仅为原始TI提供了自旋-动量锁定的独特特征，而且还提供了与$Bi_2Te_3$相关的六边形翘曲费米表面的面外极化的动量分辨的直接测量，其可以与自旋分辨ARPES一样全面。这种非常规的TMR的含义也讨论了在更广泛的背景下的2D自旋轨道（SO）材料。
2015-01-12 cond-mat.mes-hall
Topological insulator ring with magnetic impurities
拓扑绝缘体表现出由时间反演对称性拓扑保护的无隙边缘或表面状态。然而，几种有希望的拓扑绝缘材料候选材料（例如Bi $_2$、Se $_3$和HgTe）包含自旋核或其他类型的破坏时间反转对称性的磁性杂质。我们研究了在磁通量穿过的拓扑绝缘体量子环中，这种杂质与电子边缘态耦合的后果。我们使用自旋守恒和额外的对称性参数，推导出一个普遍的公式，传播的边缘模式的频谱通过杂质的传输幅度。我们的结果适用于任意自旋的杂质。我们发现，存在一个能量制度，在该制度中的频谱变得几乎独立的通量和显着的光谱间隙的形式。我们进一步分析了电子-杂质的纠缠熵，发现最大纠缠发生在能隙附近。我们的预测可以通过量子环输运干涉实验或自旋分辨STM测量进行研究，为理解杂质在拓扑绝缘体边缘输运中的作用提供了一种新的方法。
2018-01-17 cond-mat.mes-hall
Ex Situ Fabrication of Superconducting Nanostructures for Low-Temperature STM
本文提出将非原位光刻与原位超高真空解理翻转相结合，制备原子级清洁的拓扑绝缘体-超导体纳米结构，并通过STM/STS验证垂直邻近耦合，为拓扑超导研究提供可扩展平台。
2025-09-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Spin-textures, Berry's phase and Quasiparticle Interference in Bi2Te3: A Topological Insulator with Warped Surface States
理想的“氢原子”拓扑绝缘体表面上的电子的能量-动量关系形成一个圆锥-狄拉克圆锥，当它被扭曲和扭曲时（不再由狄拉克方程描述），可以导致不寻常的现象，例如缺陷周围的电子干扰增强（在STM中观察到）和失去拓扑保护的磁有序对称破缺表面。详细的自旋纹理和六角翘曲映射Bi 2 Te 3在这种情况下，作为一个观点L.傅，物理评论快报。\textbf{103}，266801（2009）。
2009-12-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
Lifting topological protection in a quantum spin Hall insulator by edge coupling
二维拓扑绝缘体（2D TI）的科学兴趣目前正在从更基本的角度转向新功能的探索和设计。在自旋电子学中使用2D TI的关键概念是基于其螺旋边缘状态的拓扑保护和自旋动量锁定。在这项研究中，我们提出的实验证据表明，拓扑保护可以（部分）解除成对耦合的2D TI边缘在紧密接近。使用直接波函数映射通过扫描隧道显微镜/光谱（STM/STS），我们比较孤立和耦合的拓扑边缘的二维TI铋。后一种情况是通过自然晶格线缺陷实现的，并揭示了不同的准粒子干涉（QPI）图案，被识别为电子法布里-珀罗谐振器模式。相比之下，自由边缘没有任何单粒子后向散射的迹象。这些结果为基于通过边缘间杂交对拓扑保护进行主动控制的新器件概念铺平了道路，电子法布里-珀罗干涉测量法
2021-11-08 cond-mat.mes-hall
One-dimensional spin texture of Bi(441); Quantum Spin Hall properties without a topological insulator
用扫描隧道显微镜（STM）、角分辨光电子能谱（APRES）和自旋分辨光电子能谱（ARPES）研究了铋的高折射率（441）表面。表面呈强烈的波纹状，暴露出一系列规则的（110）状梯田。观察到两个表面局域态，这两个都是线性分散在一个面内方向（$k_x$），和分散在正交的面内方向（$k_y$），和这两个都有一个Dirac-like交叉在$k_x$ =0。自旋ARPES揭示了一个强大的面内极化，与拉什巴一样的自旋轨道耦合。一个状态具有强的面外自旋分量，其与错切角匹配，表明其{可能}起源为边缘状态。Bi（441）的电子结构与拓扑绝缘体表面态具有显著的相似性，并且预期支持具有抑制的反向散射的一维量子自旋霍尔样耦合自旋-电荷输运性质，而不需要拓扑绝缘体体。
2015-06-26 cond-mat.mes-hall
Visualizing and manipulating chiral interface states in a moiré quantum anomalous Hall insulator
本研究在转角单层-双层石墨烯量子反常霍尔绝缘体中操控陈数畴，借助STM直接成像手性界面态波函数，还可诱导新畴创建可调手性的界面态，证实了其手性并确定谷极化反转特征尺度，为关联莫尔系统拓扑性质研究提供平台。
2023-07-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Band Gaps and Localization of Surface Waves at Hyperbolic Material and Topological Insulator Interfaces
National Nuclear Research University MEPhI（国立核研究大学莫斯科工程物理学院）；University of Arizona（亚利桑那大学）
本文针对双曲材料与拓扑绝缘体界面表面波建立分析判据，明确其带隙、传播条件等，结合实例分析损耗影响，为中红外光子结构调控提供设计准则。
2026-09-07 cond-mat.mes-hall physics.optics
Robust zero-energy modes in an electronic higher-order topological insulator: the dimerized Kagome lattice
量子模拟器是理解复杂量子材料的重要工具。到目前为止，基于光晶格和光子器件中的超冷原子的平台引领了这一领域，但电子量子模拟器也被证明同样重要。模拟物质的拓扑状态是该领域的圣杯之一。在这里，我们实验实现了一个高阶电子拓扑绝缘体（HOTI）。具体地说，我们通过使用扫描隧道显微镜（STM）在Cu（111）表面上操纵一氧化碳（CO）分子来创建二聚化的Kagome晶格。我们工程师交替弱和强键，以表明拓扑状态出现在角落的非平凡的配置，而它是缺席的平凡的。与传统的拓扑绝缘体（TI）不同，拓扑状态具有比体积小的两个维度，表示HOTI。角模由广义手征对称性保护，这导致对扰动的特定鲁棒性。我们用人工晶格进行量子模拟的多功能方法有望揭示物质的意外量子相。
2019-05-15 cond-mat.mes-hall
Optical properties of magnetically doped ultra-thin topological insulator slabs
从三维哈密顿量出发，研究了超薄拓扑绝缘体平板的光学性质，其中两个相对表面上的狄拉克费米子之间的耦合导致了两个简并带隙的双曲带.间隙是光学吸收的阈值，并且在光学电导率的虚部中转化为峰值。垂直于平板方向施加的交换场使简并双曲线带分裂，光吸收出现双台阶结构，而纵向电导率虚部出现双峰结构。交换场打破了时间反演对称性，并且对于大于表面耦合间隙的交换场，零频率霍尔电导率被量子化为$e^2/h$。这个结果意味着克尔和法拉第旋转角的大值。在超薄板中，光的多重散射和体电导率的缺乏，使得克尔角和法拉第角在很宽的频率范围内保持相当大。
2014-04-28 cond-mat.mes-hall
Realizing gapped surface states in magnetic topological insulator MnBi$_{2-x}$Sb$_{x}$Te$_{4}$
磁性拓扑绝缘体（MTI）中的磁性与非平凡拓扑之间的相互作用有望产生各种奇异的拓扑量子现象，如量子反常霍尔（QAH）效应和拓扑轴子态。评估这些新特性的一个关键是调整狄拉克表面带的交换能隙中的费米能级。MnBi $_2$ Te $_4$具有能够实现所有这些量子态的具有本征反铁磁（AFM）态的非平凡能带拓扑，然而，MnBi $_2$ Te $_4$晶体的高度电子掺杂性质阻碍了带隙拓扑表面态的展现。在这里，我们通过Sb取代来定制材料，以揭示MnBi $_{2-x}$ Sb $_{x}$ Te $_{4}$（MBST）中的带隙表面态。通过将费米能级移动到MBST的体带隙中，我们访问表面态，并通过扫描隧道显微镜/光谱（STM/STS）测量的准粒子干涉（QPI）在狄拉克点处显示50 meV的带隙。通过多探针STM测量的输运光谱，在Néel温度以下证实了表面主导传导。表面带隙对面外磁场具有鲁棒性，尽管场致铁磁性的促进。具有大交换带隙的体绝缘MTI的实现为探索涌现拓扑现象提供了一个很有前途的平台。
2020-02-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Topological linear response of hyperbolic Chern insulators
本文推导双曲 TKNN 公式并推广 Kubo 公式，证明双曲陈绝缘体的霍尔响应由第一陈数量子化，且陈数可仅用 Abelian Bloch 态计算，并以双曲 Haldane 模型数值验证。
2024-06-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.other math-ph
Transport theory for electrical detection of the spin texture and spin-momentum locking of topological surface states
三维拓扑绝缘体的表面态呈现出自旋锁定于动量的螺旋自旋织构。然而，到目前为止，由于缺乏必要的自旋敏感测量，螺旋自旋织构的直接全电检测仍然难以捉摸。本文提出了一种利用自旋极化扫描隧道显微镜（STM）研究螺旋狄拉克电子自旋极化输运的一般理论。研究发现，与传统磁性材料不同，TI表面的隧穿电导中增加了一个由面内自旋织构决定的额外分量，这与自旋动量锁定有关.重要的是，这种额外的电导不寻常地依赖于磁化的STM尖端的空间方位角，这是从来没有在以前的STM理论进行。通过磁性掺杂打破TI表面的旋转对称性和时间反转，我们发现空间分辨电导的测量可以重建自旋织构的螺旋结构。此外，如果面内磁化纯粹由表面狄拉克电子的自旋轨道耦合引起，则可以提取SML角。我们的理论提供了一种替代的方法，而不是使用角分辨光电子能谱，电气识别TI表面上的螺旋自旋纹理。
2017-06-11 cond-mat.mes-hall
Probing the Quantized Berry Phases in 1H-NbSe$_2$ Using Scanning Tunneling Microscopy
Princeton University（普林斯顿大学）；University of Oxford（牛津大学）；Donostia International Physics Center (DIPC)（圣塞巴斯蒂安国际物理中心）；University of Florida（佛罗里达大学）
本研究开发了结合从头算轨道波函数与STM信号提取轨道间关联函数的新方法，首次在实验上明确识别出1H-NbSe₂中的阻碍原子绝缘相，该方法可推广至其他材料体系。
2025-01-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Axionic tunneling from a topological Kondo insulator
Rutgers University（罗格斯大学）；University of Greifswald（格赖夫斯瓦尔德大学）；Harvard University（哈佛大学）；Sun Yat-sen University（中山大学）；Zhejiang University（浙江大学）；University of Illinois Urbana-Champaign（伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校）；University of Pennsylvania（宾夕法尼亚大学）；Royal Holloway, University of London（伦敦大学皇家霍洛威学院）
研究通过STM观测到拓扑Kondo绝缘体中轴子电动力学的电压诱导磁化现象，揭示了自旋极化源自轴子效应而非传统磁性。
2026-09-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Dirac mass generation from crystal symmetry breaking on the surfaces of topological crystalline insulators
拓扑表面态（SS）的可调谐性和狄拉克能隙的可控打开是拓扑材料领域的重要研究内容。在拓扑晶体绝缘体（TCI）中，最近观察到自发产生的狄拉克能隙，这归因于立方晶体对称性破缺。然而，这种结构畸变迄今尚未被直接观察到，并且通过晶体对称性破缺打开狄拉克能隙的微观机制仍然难以捉摸。在这项工作中，我们提出了扫描隧道显微镜（STM）测量的TCI铅$_{1-x}$锡$_x$硒为广泛的合金组合物跨越拓扑和非拓扑制度。STM形貌直接揭示了表面上的破坏性扭曲，它将质量赋予了原本没有质量的狄拉克电子--这一机制类似于粒子物理学中长期以来备受追捧的希格斯机制。值得注意的是，我们的测量结果表明，狄拉克间隙尺度与合金成分，而失真的大小几乎保持不变。基于理论计算，我们发现狄拉克质量是由成分相关的SS渗透深度，这决定了重量的SS在扭曲的区域，被限制在表面控制。最后，我们发现在非拓扑区域中存在SS，它具有带隙的双支狄拉克费米子的特征。
2014-08-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
$C_n$-symmetric higher-order topological crystalline insulators in atomically thin transition-metal dichalcogenides
基于第一性原理计算和对称性分析，我们预测了原子级薄（$1-N$层）的2 H VIB族TMDs $MX_2$（$M$ = Mo，W; $X$ = S，Se，Te）是受$C_3$旋转对称性保护的大禁带高阶拓扑晶体绝缘体.我们明确地证明了非平凡的拓扑指数和存在的标志性的角落状态与量子化分数电荷这些熟悉的TMD与大的散装光学带隙（$1.64-1.95$ eV的单层），这将有利于实验检测STM。我们发现在原子薄的（$1-N$层）2 H族-VIB TMD的扶手椅边缘的三角形有限尺寸薄片中存在定义明确的角态，并且相应的量子化分数电荷是层数$N$除以3模整数，它将简单地加倍包括自旋自由度。
2021-09-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Protection of the surface states in topological insulators: Berry phase perspective
拓扑绝缘体（TI）的金属表面态不仅具有拓扑保护性，而且具有在曲面上诱导有效矢势的显著性质。对于处于球形或圆柱形TI（TI纳米颗粒或纳米线）表面状态的电子，有效地感应出伪磁单极或虚拟螺线管，对系统的几何形状进行编码。在这里，通过采取一个双曲曲面的例子，我们证明，由于这个属性源于其积极的自旋自由度，表面状态本身的拓扑保护。
2013-02-28 cond-mat.mes-hall
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
Direct Visualization of 2D Topological Insulator in Single-layer 1T'-WTe2
采用分子束外延（MBE）技术在石墨化的6 H-SiC（0001）衬底上生长了单层1 T '-WTe 2薄膜，并用扫描隧道显微镜/光谱仪（STM/STS）对其电子结构进行了表征。我们证明了单层WTe 2岛的外围拓扑边缘状态的存在。令人惊讶的是，我们还发现了带隙在体和半导体行为的单层WTe 2在低温下，这可能是由于一个不相称的电荷密度波（CDW）的转变。因此，在单层过渡金属二硫属化物（TMD）中实现二维拓扑绝缘体（2D TI）为进一步探索2D TI的物理和相关应用提供了一个有前途的平台。
2017-07-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Nematic topological semimetal and insulator in magic angle bilayer graphene at charge neutrality
我们报告了一个完全自洽的Hartree-Fock计算相互作用对扭曲双层石墨烯的莫尔平坦带的影响，假设谷U（1）对称性是尊重。我们使用现实的能带结构和相互作用，并专注于电荷中性点，在那里的实验有不同的报告绝缘或半金属行为。将搜索限制在谷U（1）对称性保持不破缺的阶上，我们发现了三种具有竞争基态能量的自洽解：（i）破坏$C_2 {\mathcal T}$对称性的绝缘体，包括谷陈绝缘体;（ii）自旋或谷极化绝缘体;（iii）旋转$C_3$对称性破坏半金属，其无隙性受到莫尔平坦带拓扑结构的保护。我们发现，这些国家的相对稳定性可以调整弱应变，打破$C_3$旋转。这种半金属绝缘子和$C_2 {\mathcal T}$断路绝缘子都是通过弱应变来稳定的。这些基态可能与在电荷中性时看到的半金属和绝缘行为以及它们的观察的样品可变性有关。我们还比较了电荷中性附近的STM测量结果。
2021-10-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Tomonaga-Luttinger liquid in the edge channels of a quantum spin Hall insulator
拓扑量子物质的特征在于体积的非平凡整体不变量，其在其边界处诱导无隙电子态。一个恰当的例子是二维拓扑绝缘体（2D-TI），其具有一维（1D）导电螺旋边缘状态，所述导电螺旋边缘状态由时间反转对称性（TRS）保护以抵抗单粒子反向散射（SPB）。然而，由于TRS [1]不禁止两粒子散射，因此边缘处电子相互作用的存在及其对1D态的强烈影响可能导致拓扑结构和电子相关性之间有趣的相互作用。特别是，它直接关系到的问题，在参数制度的量子自旋霍尔效应（QSHE）预期的二维TI变得模糊的这些相关效应，在低温下盛行[2]。在这里，我们研究了最近合成的SiC（0001）上的铋烯问题，并提出了室温QSHE的候选材料[3]。利用扫描隧道显微镜/光谱（STM/STS）的原子长度尺度上的单层衬底系统的可访问性，我们观察到金属边缘通道显示一维电子相关效应。具体来说，我们证明了对应的Tomonaga-Luttinger液体（TLL），并根据所观察到的普遍缩放的微分隧穿电导率（dI/dV），我们推导出TLL参数K反映中间电子相互作用强度的边缘状态的铋。这建立了第一个光谱识别的1D电子相关效应的拓扑边缘状态的2D-TI。
2019-01-18 cond-mat.mes-hall
One-dimensional channel for Dirac electrons in a 3D topological insulator
拓扑绝缘体代表了一种新的物质状态，其中体能带的拓扑性质决定了具有独特性质的表面态的存在。这些材料被预测为主机异国情调的状态，如马约拉纳费米子和1D手征模式，其中许多需要一个微妙的调谐狄拉克点附近的表面状态的属性。利用扫描隧道显微镜（STM）对典型的拓扑绝缘体Bi 2 Te 3进行了研究，发现了一维拓扑条纹，这种条纹可以引起电子结构的空间调制变化。直接磁场测量揭示了朗道能级能量的条纹图案，其可用于实现具有交替填充分数的空间区域。当化学势被适当调节时，观察到的调制将指示在条纹之间的边界处存在拓扑1D手性模式，并为在拓扑绝缘体中实验实现1D无耗散量子线提供平台。我们的发现，表面态色散调制纳米尺度上的内在地形路线代表了一个新的范例控制狄拉克电子的性质。
2012-05-26 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
Spectromicroscopic measurement of surface and bulk band structure interplay in a disordered topological insulator
拓扑绝缘体是体半导体，由于拓扑体边界对应原理，其表现出间隙中无质量的狄拉克表面态[1-3]。这些表面状态一直是一个巨大的持续兴趣的主题，由于其固有的属性和更高阶的出现现象，可以通过操纵界面环境[4-11]。在这里，角分辨光电子能谱（ARPES）和补充扫描隧道显微镜（STM）进行模型拓扑绝缘体Bi 2 Se 3的拓扑有序的体和表面能带结构的晶体不均匀性的相互作用进行调查。定量分析方法的开发，以获得关键的光谱信息，尽管在每个测量点的停留时间有限。带能量被发现在整个样品表面的50毫电子伏的规模上变化，使单样品测量，类似于一个多样品掺杂系列（称为“分仓系列”）。分别集中在表面和散装电子揭示了一个非平凡的杂交一样的表面和散装状态的能量波动之间的相互作用。
2019-10-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
Discovery of highly spin-polarized conducting surface states in the strong spin-orbit coupling semiconductor Sb$_2$Se$_3$
大多数具有强自旋-轨道耦合的A $_2$ B $_3$型硫属化物系统，如Bi $_2$ Se $_3$、Bi $_2$ Te $_3$和Sb $_2$ Te $_3$等，是拓扑绝缘体。一个重要的例外是Sb $_2$ Se $_3$，其中拓扑非平凡相被认为在环境条件下是可能的，但是这样的相只能在压力下被检测到存在。在这封信中，我们表明，像Bi $_2$ Se $_3$，Sb $_2$ Se $_3$，显示出高自旋极化电流的产生下介观超导点接触测量点接触Andreev反射光谱。此外，我们观察到一个大的负的和各向异性的磁电阻在Sb $_2$ Se $_3$，当该领域是在基面旋转。然而，与Bi $_2$ Se $_3$不同，在Sb $_2$ Se $_3$的情况下，可以在STM电导成像中获得缺陷周围的显著准粒子干涉（QPI）图案。因此，我们的实验表明，Sb $_2$ Se $_3$在环境条件下是一个规则的带绝缘体，但由于它的高自旋轨道耦合，非平凡的自旋织构存在于表面上，该系统可能处于拓扑绝缘体相的边缘。
2018-01-03 cond-mat.mes-hall
Evolution of density of states and spin-resolved "checkerboard" pattern associated with Majorana bound state
利用Bogoliubov-de Gennes方法研究了拓扑绝缘体表面邻近诱导超导涡旋中的Majorana束缚态。绘制准粒子激发的局域态密度（LDOS）作为能量和距涡旋中心的距离的函数，发现光谱分布随着化学势的变化而从“V”形演变为“Y”形，与最近实验中的STM/STS测量一致[Xu et al.，物理修订信函114，017001（2015）]在NbSe 2顶部的Bi 2 Te 3薄层上。此外，我们还证明了自旋上、下通道间的相对LDOS存在一个“棋盘”图案，它直接映射出MBS的量子机械波函数。因此，自旋分辨STM/STS技术有望为拓扑超导体涡旋核中的MBS提供相敏证据。
2015-06-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Dirac Electrons on a Sharply Edged Surface of Topological Insulators
在强拓扑绝缘体（STI）表面出射的未成对无隙狄拉克电子受到体-面对应的保护，并被认为不受后向散射的影响。然而，当表面由多个具有不同取向的小平面组成时（通常形成阶梯状结构），这种无间隙狄拉克态是否在整个表面上平滑地延伸，这就不那么明显了，而且还有待明确地验证。在我们考虑的现实情况下，样品的各向异性导致在每个这样的小平面中不同的群速度。在这里，我们建议，可以通过研究STI的双曲线表面上的电子态来获得关于这个问题的更多见解。通过显式地构造表面有效哈密顿量，我们证明了没有后向散射发生在一个凹$90^\circ$台阶边缘。一个强大的重整化的速度在附近的台阶边缘也建议。
2012-08-08 cond-mat.mes-hall
Second Order Topological Insulator State in Hexagonal Lattices and its Abundant Material Candidates
我们提出了两种在无自旋六角晶格中实现二阶拓扑绝缘体（SOTI）态的机制，六方晶格的化学修饰和反Kekulé/Kekulé畸变。相应地，我们构建了两个模型，并证明了在反演对称性（$\textit{P}$）和时间反演对称性（$\textit{T}$）的存在下，由第二Stiefel-Whitney类$w_2$表征的SOTI态的非平凡能带拓扑。基于这两种机制，利用第一性原理计算和对称性分析，我们预测了三类实轻元素材料候选者，氢化和卤化的2D六方IV族材料XY（X=C、Si、Ge、Sn，Y=H、F、Cl），2D六方V族材料（蓝色磷烯、蓝色砷烯和黑色磷烯、黑色砷烯），以及最近实验合成的反Kekulé/Kekulé有序石墨烯和硅烯/锗烯/锡烯的对应物。我们明确地证明了非平凡的拓扑不变量和存在的受保护的角状态与分数电荷的这些候选人与巨大的体带隙（高达3.5 eV），这可以方便的STM的实验验证。我们的方法和提出的丰富的真实材料候选人将大大丰富二维SOTI和促进其有趣的物理研究。
2021-08-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Dynamic Transfer of Chiral Edge States in Topological Type-II Hyperbolic Lattices
本文将双曲拓扑物理拓展到第二类双曲晶格，报道了具有内外手性边缘态的第二类双曲陈绝缘体，并通过反宇称-时间相变和Landau-Zener单带泵浦两种机制展示了边缘态跨越体区的动力学转移。
2025-03-09 cond-mat.mes-hall physics.optics
Massive 1D Dirac Line, Solitons and Reversible Manipulation on the Surface of a Prototype Obstructed Atomic Insulator, Silicon
研究证明硅是典型受阻原子绝缘体，并在其（111）表面观测到准一维有质量 Dirac 线与拓扑孤子，实现纳米尺度链畴可逆切换。
2024-06-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Strongly Correlated Chern Insulators in Magic-Angle Twisted Bilayer Graphene
电子之间的相互作用及其能带的拓扑结构可以产生物质的新量子相。大多数拓扑电子相出现在弱电子-电子相互作用的系统中。拓扑相位仅作为强相互作用的结果出现的情况是罕见的，并且大多限于在强磁场存在下实现的那些。魔角扭曲双层石墨烯（MATBG）中具有拓扑特征的平坦电子带的发现为寻找新的强相关拓扑相提供了一个独特的机会。本文介绍了一种新的局域光谱技术，利用扫描隧道显微镜（STM）探测MATBG中的拓扑绝缘体序列，其Chern数为C = $\pm$ 1，$\pm$ 2，$\pm$ 3，它们分别在$ν$ = $\pm$ 3，$\pm$ 2，$\pm$ 1附近形成，并通过施加适当的磁场而稳定.在此检测到的相之一（C = +1）先前已经观察到，当六方氮化硼（hBN）衬底有意打破MATBG的亚晶格对称性时，相互作用起次要作用。我们证明，强的电子-电子相互作用不仅可以产生先前观察到的阶段，但也新的和意想不到的陈绝缘相MATBG。我们观察到的相位序列可以通过假设强关联有利于打破时间反演对称性来理解，从而形成由弱磁场稳定的陈氏绝缘体。我们的研究结果表明，多体相关性可以在莫尔系统中创建超出弱相互作用模型预期的拓扑相位。
2020-07-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Exploring Structural and Electronic Properties of Topological Insulator/Graphene Nano-heterostructures
Universidad Técnica Federico Santa María（智利圣玛丽亚技术大学）；Universidad de Chile（智利大学）；Stanford University（斯坦福大学）；Universidad de Los Andes（安第斯大学）；Centro Científico Tecnológico de Valparaíso CCTVaL Universidad Técnica Federico Santa María（瓦尔帕莱索科技中心 CCTVaL 智利圣玛丽亚技术大学）
本研究合成了基于Bi2Te3和Sb2Te3纳米片的拓扑绝缘体/石墨烯纳米异结构，通过多种技术表征了其形貌与晶体质量，并结合实验与理论计算初步揭示了其能带结构及由缺陷引起的强负掺杂现象。
2023-12-16 cond-mat.mes-hall
MATBG as Topological Heavy Fermion: I. Exact Mapping and Correlated Insulators
魔角（$θ=1.05^\circ$）扭曲双层石墨烯（MATBG）在STM实验中表现出局域化和类量子点行为，而在输运实验中表现出离域现象。我们构建了一个模型，它自然地捕捉这两个方面，从Bistritzer-MacDonald（BM）模型的第一原则精神。一组局部平带轨道（$f$）集中在AA堆积区负责的本地化。一组扩展的拓扑导带（$c$），这是在小的能量分离的本地轨道，负责离域和输运。BM模型的拓扑平带是由于$f$ -和$c$ -电子的杂化而出现的。这个模型为强关联物理提供了一个新的视角，强关联物理现在被描述为强关联$f$ -电子耦合到几乎自由的拓扑半金属$c$ -电子-因此我们将我们的模型命名为拓扑重费米子模型。使用该模型，我们获得了U（4）和U（4）$\times$ U（4）对称性以及相关绝缘体相及其能量。推导出了计算基态及其陈数的简单规则。此外，特征，如大分散的电荷$\pm1$激发和电荷间隙的最小值在$Γ_M$点，现在可以第一次，定性和定量地理解在一个简单的物理图片。我们的映射打开了将重费米子物理机制应用于MATBG超导物理的前景。
2022-05-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Holographic duality between $(2+1)$-d quantum anomalous Hall state and $(3+1)$-d topological insulators
本文利用精确全息映射研究了$(2+1)$维量子反常霍尔态，即具有量子化霍尔电导的带绝缘体。精确全息映射是实现全息对偶性的一种方法，它将量子反常霍尔态映射到$(3+1)$维双曲空间中的另一个态。通过研究拓扑响应性质和纠缠谱，证明了量子反常霍尔态的全息对偶理论是一个$(3+1)$维拓扑绝缘体.这种对偶描述通过不同尺度下自由度之间的量子纠缠来刻画系统的拓扑性质。
2016-05-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el hep-th
Topological Insulator Metamaterials
通过超材料范例在亚波长尺度上限制电磁场是一种既定的方法，用于在大多数常见的材料系统中设计光-物质相互作用，从绝缘体到半导体，从金属到超导体。近年来，这种方法已被扩展到拓扑材料领域，提供了一个新的途径来访问其电子能带结构的非平凡功能。在这篇综述中，我们从光子学的角度调查了各种拓扑材料类，包括晶体生长和光刻结构化方法。我们讨论了如何奇异的电子功能，如自旋选择性狄拉克等离子体极化激元在拓扑绝缘体或双曲等离子体极化激元在Weyl半金属可能会引起非常规的磁光，非线性和圆形光电效应的超材料在整个可见光到红外光谱。最后，我们详述了如何通过施加电场和磁场或超快光脉冲形式的外部扰动来动态控制这些效应。通过这些例子和未来的前景，我们认为，拓扑绝缘体，半金属和超导体超材料是独特的系统，以弥补纳米光子，电子和自旋电子技术之间的缺失环节。
2023-01-19 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
