在拓扑绝缘体（TI）中，磁与无带隙表面态的相互作用被预言会引起一些奇异的量子现象。然而，TI的有效磁性掺杂在实验上仍然具有挑战性。采用第一性原理计算方法，研究了Bi $_{2}$ Se $_{3}$，Bi $_{2}$ Te $_{3}$和Sb $_{2}$ Te $_{3}$中V，Cr，Mn和Fe的磁掺杂特性.我们发现，对于所有三个TI的阳离子位点的替代掺杂是最积极有利的阴离子丰富的环境作为最佳的生长条件。进一步我们的研究结果表明，在4%的标称掺杂浓度下，Cr和Fe掺杂的Bi $_{2}$ Se $_{3}$、Bi $_{2}$ Te $_{3}$和Cr掺杂的Sb $_{2}$ Te $_{3}$保持为绝缘体，而V、Mn和Fe掺杂的Sb $_{2}$ Te $_{3}$的所有TI变为金属。我们还发现，Cr掺杂Bi $_{2}$ Se $_{3}$的磁相互作用倾向于铁磁，而Fe掺杂Bi $_{2}$ Se $_{3}$的磁相互作用倾向于反铁磁.最后，我们利用蒙特卡罗模拟估算了有希望的铁磁绝缘体（Cr掺杂Bi $_{2}$ Se $_{3}$）的磁耦合和居里温度。这些发现可能为磁感应铁磁的实验研究提供重要的指导。
英文摘要：
Magnetic interaction with the gapless surface states in topological insulator (TI) has been predicted to give rise to a few exotic quantum phenomena. However, the effective magnetic doping of TI is still challenging in experiment. Using first-principles calculations, the magnetic doping properties (V, Cr, Mn and Fe) in three strong TIs (Bi$_{2}$Se$_{3}$, Bi$_{2}$Te$_{3}$ and Sb$_{2}$Te$_{3}$) are investigated. We find that for all three TIs the cation-site substitutional doping is most energetically favorable with anion-rich environment as the optimal growth condition. Further our results show that under the nominal doping concentration of 4%, Cr and Fe doped Bi$_{2}$Se$_{3}$, Bi$_{2}$Te$_{3}$, and Cr doped Sb$_{2}$Te$_{3}$ remain as insulator, while all TIs doped with V, Mn and Fe doped Sb$_{2}$Te$_{3}$ become metal. We also show that the magnetic interaction of Cr doped Bi$_{2}$Se$_{3}$ tends to be ferromagnetic, while Fe doped Bi$_{2}$Se$_{3}$ is likely to be antiferromagnetic. Finally, we estimate the magnetic coupling and the Curie temperature for the promising ferromagnetic insulator (Cr doped Bi$_{2}$Se$_{3}$) by Monte Carlo simulation. These findings may provide important guidance for the magnetism incorporation in TIs experimentally.
Magnetically Mediated Transparent Conductors: In$_2$O$_3$ doped with Mo
第一性原理能带结构研究的电子，光学和磁性的Mo掺杂的In $_2$ O $_3$揭示了至关重要的作用，磁相互作用，在确定的电导率和Burstein-Moss位移，支配光吸收。我们证明了过渡金属掺杂的优点，这导致在更小的有效质量，更大的基本带隙和更好的整体光学传输在可见光-相比，商业Sn掺杂的In $_2$ O $_3$。在掺杂其他过渡金属时，预期类似的行为为通过磁相互作用介导的高效透明导体家族开辟了途径。
Electrically and magnetically induced optical rotation in Pb5Ge3O11:Cr crystals at the phase transition. 2. Faraday effect in pure and Cr-doped lead germanate in the presence of electric field and spontaneous polarization
Spin current and magnetization induced by circularly polarized synchrotron radiation in magnetically-doped topological insulator Bi$_{1.37}$V$_{0.03}$Sb$_{0.6}$Te$_2$Se
提出了磁掺杂拓扑绝缘体Bi $_{1.37}$ V $_{0.03}$ Sb $_{0.6}$ Te $_2$ Se中利用圆极化同步辐射产生自旋极化电流和相应的诱导磁化的空穴诱导机制.考虑自旋极化电流的产生是由于自旋相关的狄拉克锥拓扑表面态在费米能级和随后的补偿所产生的空穴的人口减少。我们从实验和理论上找到了产生的自旋极化电流与电化学电势移动之间的关系。从实验和理论上证实了圆偏振同步辐射诱导的面外磁化和通过改变圆偏振方向引起的面外磁化反转。
Large Gap Quantum Anomalous Hall Effect in a Type-I Heterostructure Between a Magnetically Doped Topological Insulator and Antiferromagnetic Insulator
拓扑绝缘体（TI）和磁性绝缘体之间的异质结构是实现量子反常霍尔效应（QAHE）的重要途径。使用密度泛函理论为基础的系统的筛选和调查的热力学，磁性和拓扑性质的异质结构，我们表明，形成一个I型的异质结构之间的宽禁带的反铁磁绝缘体Cr $_2$ O $_3$和TI膜，如Sb $_2$ Te $_3$，可以导致费米能级钉扎在间隙的中心，即使在磁性掺杂。异质结构中的Cr掺杂将带隙增加到$\sim$ 64.5 meV，具有来自界面Cr掺杂剂的大塞曼能量，从而克服了由于能带弯曲效应而导致的潜在金属性。通过将费米能级附近的能带结构拟合为4带k.p模型哈密顿量，我们证明了Cr掺杂Sb $_2$ Te $_3$ /Cr $_2$ O $_3$是一个陈数C =-1的陈绝缘体.输运计算进一步表明，手性边缘模式本地化的顶部/底部的TI膜的材料中的主要电流载体。我们的预测的一个大的界面磁性，由于铬掺杂剂，反铁磁耦合到AFM衬底上的MBE生长的Cr掺杂Sb $_2$ Te $_3$ /Cr $_2$ O $_3$异质结构，我们的极化中子反射测量证实，是一致的，最近在这样的系统中测量的正交换偏置。因此，Cr掺杂Sb $_2$ Te $_3$ /Cr $_2$ O $_3$异质结构代表了开发具有高可调谐性的功能拓扑磁性器件的有希望的平台。
近年来，反铁磁拓扑绝缘体（TI）MnBi $_2$ Te $_4$的发现引发了人们对新的磁拓扑物理的探索。基于第一性原理计算，我们发现磁性取向和有序度的改变不仅显著影响了MnBi $_2$ Te $_4$中的材料对称性和轨道杂化，而且导致了新的磁性拓扑相的变化.因此，我们预测了一系列不寻常的拓扑量子相变，是磁性可控的材料，包括相变从AFM TI到AFM镜拓扑晶体绝缘体，从II型到I型拓扑Weyl半金属，从轴子绝缘体到陈绝缘体。这些发现为磁性拓扑材料的未来研究和应用开辟了新的机会。
Carrier density dependence of the magnetic properties in iron-doped Bi2Se3 topological insulator
研究了掺铁拓扑绝缘体Bi 1. 84-xFe 0. 16 Ca x Se 3单晶的电磁性质。通过共掺杂Fe和Ca原子，得到了不同载流子密度（从n型到p型）的铁磁体态。每个Fe原子的有效磁矩估计小至约0.07 $μ$ B。在所有样品中观察到磁性和非磁性相分离。我们的研究结果表明，铁掺杂Bi 2Se 3的体铁磁性不是本征的，无论载流子密度。
First-principles calculations of the surface states of doped and alloyed topological materials via band unfolding method
拓扑材料最显著的特点之一是具有特殊的表面态，这是由其体材料的拓扑性质决定的。角分辨光电子能谱（ARPES）是研究表面态的有力工具，它可以进一步研究拓扑相变。然而，当体系掺杂或合金化时，由于能带结构严重折叠，很难将第一原理计算的能带结构与ARPES结果进行比较。我们应用这种方法研究了非磁性和磁性掺杂的拓扑绝缘体Bi $_2$ Se $_3$和拓扑晶体绝缘体Pb $_{1-x}$ Sn $_{x}$ Te的表面态。
Topological Phase Transitions Induced by Disorder in Magnetically Doped (Bi, Sb)$_2$Te$_3$ Thin Films
利用大尺度输运模拟方法研究了磁掺杂（Bi，Sb）$_2$ Te $_3$薄膜中无序诱导的拓扑相变.在未掺杂和清洁的情况下，富相图除了与无序强度有关外，还与磁交换场、费米能级和初始拓扑状态密切相关。在非零交换场的初始平凡系统中，改变无序强度可以诱导从正常绝缘态到量子反常Hall态，然后是自旋-陈氏绝缘态，最后是安德森绝缘态的一系列跃迁。而对于最初具有拓扑结构的系统，可以诱导出类似的序列，但只能从量子反常霍尔态开始。通过改变费米能级，我们发现了一个类似的丰富的相图，包括从量子反常霍尔到自旋-陈绝缘态的跃迁，通过一个表现为量子反常霍尔和金属态的混合物的状态，类似于最近的实验报告。
Spectroscopic perspective on the interplay between electronic and magnetic properties of magnetically doped topological insulators
本文结合低能μ子自旋旋转（$μ$ SR）和软X射线角分辨光电子能谱（SX-ARPES）研究了磁掺杂拓扑绝缘体（Bi，Sb）$_2$ Te $_3$的磁性和电子性质。我们发现，在掺杂水平x $\gtrsim$ 0.16时，在（V/Cr）$_x$（Bi，Sb）$_{2-x}$ Te $_3$样品中实现了全磁体积分数。所观察到的磁性转变在温度下并不尖锐，表明逐渐的磁性有序化。我们发现，磁有序的演变是一致的铁磁岛的数量和/或体积随着温度的降低而增加的形成。在V $L_3$边缘的共振ARPES揭示了接近费米能级的非色散杂质带以及集成到宿主能带结构中的V权重。在相干势近似的V贡献的光谱函数的计算确认，该杂质带是由V在替代网站。讨论了我们的结果对在mK温度下观察量子反常霍尔效应的意义。
Possible high-Tc superconductivity at 45 K in the Ge-doped cluster Mott insulator GaNb4Se8
Institute of Physics and Beijing National Laboratory for Condensed Matter Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院物理研究所与北京凝聚态物理国家实验室）；School of Physical Sciences, University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学物理科学学院）
Carrier Density and Thickness Dependent Proximity Effect in Doped Topological Insulator -- Metallic Ferromagnet Bilayers
利用磁导率研究了磁邻近效应对掺杂拓扑绝缘体表面态的影响。我们的双层由一层Fe $_7$ Se $_8$，这是一种金属亚铁磁体和一层Bi $_{0.8}$ Sb $_{1.2}$ Te $_{3}$，这是一种高度空穴掺杂的拓扑绝缘体。利用输运测量和修改后的Hikami-Larkin-Nagaoka模型，我们表明，铁磁体显着缩短表面态的有效相干长度，这表明在狄拉克点处打开了一个间隙。我们表明，磁感应间隙持续的表面状态，从磁铁分开的拓扑绝缘体层厚为170 [nm]。此外，发现间隙的大小与我们从反常霍尔效应中提取的磁化强度成正比。我们的结果给出了拓扑绝缘体/铁磁体双层膜中载流子密度、感生磁化强度和磁感应能隙之间的关系。这些信息对于拓扑绝缘体中磁相互作用的理论理解和这种双层的实际制造都是重要的，这是各种建议技术的基础，如自旋电子器件，远红外探测器等。
