Theory of a quantum critical phenomenon in a topological insulator: (3+1)-dimensional quantum electrodynamics in solids
从理论上研究了（3+1）维中平凡绝缘体与拓扑绝缘体之间相变的量子临界现象，该现象用Dirac费米子与电磁场耦合来描述.导出了运行耦合常数α、光速c和电子v的重整化群方程。结果表明：（i）c和v趋于公共值，组合c^2v几乎未重整化;（ii）α的RG流与通常QED的RG流相同，c^3被c^2v取代;（iii）存在两个动量/能量标度的交叉，将标度行为不同的三个区域分隔开来.从这个观点出发，讨论了介电和磁磁化率，角分辨光电子能谱（ARPES），以及带隙的行为。
2012-10-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Topological crystalline insulator phase in graphene multilayers
虽然三维拓扑绝缘体的实验进展迅速，但二维拓扑绝缘体的发展相对缓慢，尽管它们具有技术前景。主要原因是迄今为止仅在半导体量子阱中实现二维拓扑绝缘体的材料挑战。在这里，我们确定了一种二维拓扑绝缘体的材料，不面临类似的挑战，这是目前最广泛的和良好的表征：石墨烯。对于某些相称的层间扭曲，石墨烯多层膜是具有相当大带隙的绝缘体。我们表明，他们是此外，在拓扑相保护晶体对称性。作为其基本特征，这种拓扑状态支持一维边界模式。它们形成低耗散的量子线，可以纯粹用静电来定义。
2013-09-06 cond-mat.mes-hall
Fluctuation-induced torque on a topological insulator out of thermal equilibrium
时间反演对称性破缺的拓扑绝缘体具有很强的磁电和磁光效应。虽然这些效应在平衡态或接近平衡态时已经被很好地理解，但非平衡态物理学的内容更丰富，但探索得更少。我们考虑一个拓扑绝缘体薄膜，弱耦合到一个铁磁体，与冷环境（量子电动力学真空）的热平衡。我们表明，热流的环境是强烈的圆极化，从而带走角动量和施加一个纯粹的波动驱动的扭矩上的拓扑绝缘体膜。利用Keldysh框架，我们研究了普遍的非平衡响应的TI与环境的温度差。最后，我们认为，这种效果的实验观察是触手可及的。
2018-11-14 cond-mat.mes-hall
Giant topological magnetoelectric and optical Hall effects for topological insulator as a defect in photonic crystal
研究了由两个一维光子晶体夹持拓扑绝缘体平板作为缺陷的系统。提出了一种巨拓扑磁电效应，其特征是在光子带隙中出现两个半单位透射的共振峰和丰富的极化行为。我们还预测了一个巨大的光学霍尔效应在我们的系统中，其中传输光的横向位移可能是波长的千倍。这些效应纯粹来自于拓扑绝缘体界面处的$Θ$畴壁，并且可以容易地观察到。这些效应也可用于基本物理常数的灵敏检测。
2011-01-25 cond-mat.mes-hall
Change of Corner Charge and Adiabatic Current Distribution in Two Dimensional Insulators with Inversion Symmetry
讨论了具有反转对称性的非相互作用二维绝缘体在绝热演化过程中角电荷的变化。我们表明，角电荷的变化占沿系统的边缘流动的绝热电流。为了得到绝热流的解析表达式，必须研究准一维几何系统。这一事实表明，角电荷的变化既不是纯粹的体积效应，也不是边缘效应，而是一种混合效应。计算结果与Benalcazar-Bernevig-Hughes模型的数值计算结果吻合较好。
2021-09-21 cond-mat.mes-hall
Topological Anderson amorphous insulator
该研究提出拓扑安德森非晶绝缘体现象，证实安德森无序可与非晶结构无序协同驱动s-p能带反转引发拓扑相变，给出相图并由有效介质理论验证，深化了对两类无序与拓扑相互作用的理解。
2023-08-24 cond-mat.mes-hall
Two-dimensional Transport Induced Linear Magneto-Resistance in Topological Insulator Bi$_2$Se$_3$ Nanoribbons
本文报道了在垂直磁场作用下，Bi2Se3纳米带的线性磁电阻效应。通过角度依赖性磁输运实验，我们表明，这种线性MR是纯粹由于二维（2D）的运输，与最近发现的线性MR从2D拓扑表面状态散装Bi2Te3，和线性MR的其他无带隙半导体和石墨烯。我们进一步表明，Bi2Se3纳米带的线性MR持续到室温，强调了利用拓扑绝缘体纳米材料的室温磁电子应用的潜力。
2011-08-02 cond-mat.mes-hall
Current-induced spin polarization in topological insulator-graphene heterostructures
全电自旋电子学领域的进一步发展需要自旋输运通道与自旋注入器/发生器元件的成功集成。虽然随着石墨烯和相关2D材料的出现，高性能自旋通道材料是可用的，但纳米结构自旋发生器的使用仍然是一个主要挑战。对于后一个目的，特别有希望的是3D拓扑绝缘体，其2D表面态具有自旋-动量锁定的无质量狄拉克费米子。在这里，我们证明了自旋极化电流从拓扑绝缘体注入石墨烯，使其紧密耦合到一个超导Bi 2 Te 2Se纳米片内的范德华外延异质结构。自旋开关信号的大小与温度成反比，在~15 K的温度下都可以检测到。我们的研究结果确立了拓扑绝缘体作为自旋电子器件的未来组件，其中自旋操纵是通过纯电气手段实现的。
2016-03-29 cond-mat.mes-hall
Spin-charge separation of plasmonic excitations in thin topological insulators
我们讨论了拓扑绝缘体薄板中的等离子激元激发。在两层表面态没有杂化且电子密度相同的情况下，顶层和底层之间的静电耦合导致光和声等离子体激元，它们是纯粹的电荷和自旋集体振荡。然后，我们认为最近关于Bi 2Se 3的等离子体激元激发的实验[Di Pietro等人，Nat. Nanotechnol. 8，556（2013）]必须通过包括两个表面下方的耗尽层的二维电子气的电荷响应来解释。我们还提出了一个分析公式来拟合他们的数据。
2013-11-28 cond-mat.mes-hall
Correlated disorder induced anomalous transport in magnetically doped topological insulators
研究了磁掺杂拓扑绝缘体（TI）薄膜在相关非磁无序下的输运性质。对于无序，我们选择一个随机相位的准周期势。我们将无序限制在一个中心区域，该区域耦合到干净的量子自旋霍尔绝缘体（QSHI）状态中的两个引线，并集中在二维中心区域中的准周期性的不同取向。在对角取向或纯纵向准周期性的情况下，我们发现不同的拓扑安德森绝缘体（TAI）阶段，量子反常霍尔绝缘体（QAHI），量子自旋陈氏绝缘体（QSCI），或QSHI阶段实现之前，安德森绝缘接管在大的无序强度。从扩展体状态的量子化运输被发现对角准周期性除了上述TAI阶段，也观察到的情况下的不相关的障碍。对于一个纯粹的横向取向的准周期性的新兴QSHI和QSCI阶段坚持任意强的无序势。这些拓扑相变（除了安德森绝缘体相），可以理解从一个自洽玻恩近似。
2022-07-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Landau level states on a topological insulator thin film
我们分析了在均匀垂直磁场作用下描述单狄拉克锥族拓扑绝缘体能带结构的四维哈密顿量。表面朗道能级（LL）状态出现，从体能级解耦，并遵循纯二维表面狄拉克哈密顿量的量子化能量色散。一个小的杂交间隙分裂的中央n=0 LL的简并依赖于膜的厚度和场强，可以得到解析。自旋和电荷密度的显式计算表明，表面LL态是本地化的大约一个五重层从表面终止。一些新的表面结合的液体被证明存在于一个较高的朗道能级指数。
2011-05-31 cond-mat.mes-hall
Spin-pumping and Enhanced Gilbert Damping in Thin Magnetic Insulator Films
薄膜磁绝缘体中的旋进磁化将自旋泵入相邻的金属中;然而，这种现象还没有定量地理解。本文提出了自旋抽运与横模数和面内波矢关系的理论。对于长波长的自旋波，增强吉尔伯特阻尼的横向模式的体积波是两倍的宏观自旋模式，和表面模式，增强可以是十倍或更强。对于短波长交换自旋波，自旋泵浦可以忽略不计。我们证实了我们的分析理论与最近的实验结果一致的数值计算。
2013-03-20 cond-mat.mes-hall
Bilinear magnetoresistance in topological insulators: role of magnetic disorder
双线性磁电阻是一种非线性输运现象，其与电场和磁场成线性比例，并且出现在具有强自旋-轨道耦合的超导系统中，例如拓扑绝缘体（TI）。利用半经典Boltzmann理论和广义弛豫时间近似，详细研究了三维拓扑绝缘体表面态的有效模型中的双线性磁电阻效应.我们表明，磁性杂质的存在下显着修改的BMR信号。一般来说，磁性杂质上的散射会降低BMR的大小。除此之外，当杂质势的自旋相关分量占主导地位时，BMR的角度依赖性出现了额外的调制。
2022-02-21 cond-mat.mes-hall
The Nature of Topological Protection in Spin and Valley Hall Insulators
最近对量子自旋霍尔和量子谷霍尔效应的光学类似物的兴趣是由在适合于工业应用的简单平台上在电信和光学波长处建立拓扑保护的光子边缘模式的承诺驱动的。虽然第一次的理论和实验的努力已经取得，这些方法到目前为止都缺乏严格的理解的拓扑保护的性质和反向散射免疫力的限制。在这里，我们使用一个通用的群论方法来填补这一空白，并获得一般的设计原则，纯介电二维拓扑光子系统。该方法全面表征可能的2D六边形设计，并揭示其拓扑性质，潜力和限制。
2019-12-16 cond-mat.mes-hall
Discrete spectrum of edge states in a two-dimensional topological insulator
该研究针对二维拓扑绝缘体边缘态的双电子相互作用问题，对比薛定谔方程与考虑费米面的Bethe-Salpeter方程在不同费米能下的解，发现仅后者对应系统存在离散谱，揭示了费米面效应对边缘态谱特性的影响。
2025-03-24 cond-mat.mes-hall
Probing crossover from analogous weak antilocalization to localization by an Aharonov-Bohm interferometer on topological insulator surface
提出了一种在拓扑绝缘体（TI）表面的扫描隧道显微镜Aharonov-Bohm（AB）干涉仪，用于探测自旋分辨局域态密度（LDOS）中的AB振荡导致的弱反局域化（WAL）到弱局域化（WL）的交叉现象.基于我们的分析和数值计算结果，我们发现随着TI表面态能隙的增大，自旋分辨LDOS中的$Φ_{0}/2$ = $hc/2e$周期AB振荡逐渐过渡到$Φ_{0}$周期振荡.
2012-03-28 cond-mat.mes-hall
Electrons in 2D periodic magnetic and electric fields: Avoided band crossings, metal-insulator transitions, and changes in the spreading direction
研究了二维周期势场中电子在垂直空间调制磁场作用下的能谱和波包动力学。我们观察到避免带交叉，金属-绝缘体过渡，和波包的传播方向的变化在两个新的情况下：（i）对于一个纯粹的磁调制和（ii）在弱的电和磁调制的限制，其中朗道带耦合可以忽略不计。在第二种情况下，相应的经典系统不再是混沌的，而是可积的，因此这些现象是不期望的。我们认为，它们是由于隧道。
2004-03-30 cond-mat.mes-hall
Cancellation of quantum anomalies and bosonization of three-dimensional time-reversal symmetric topological insulators
三维空间中的强时间反演对称（TRS）拓扑绝缘体（TI）具有无质量狄拉克费米子形式的无隙表面态。我们用玻色化方法研究了这些表面态，发现由于表面狄拉克费米子的宇称反常，所得到的玻色理论具有拓扑贡献。我们认为，量子异常的存在，事实上，表面状态存在的主要原因，由表面和散装异常必须取消的原则。考察其他类别的拓扑绝缘体，我们认为，这一原则一般成立。超越纯粹的拓扑考虑，我们将动态的表面电子态的玻色子理论。此外，我们还讨论了玻色子理论的热力学，并提出了表面狄拉克费米子的玻色子场表示。
2013-08-16 cond-mat.mes-hall
Gigantic negative magnetoresistance in a disordered topological insulator
随着Weyl半金属的发现，负磁电阻（MR）现象又引起了人们的兴趣。虽然由于自旋散射的抑制或弱局域化可以发生小的负MR，但大的负MR在材料中很少见，并且当它发生时，它通常与磁性有关。外尔半金属中的大负磁电阻是一种特殊的现象，它与磁性无关，是由手征反常引起的。在这里，我们报告，有一个新的机制，大负MR这是不相关的磁性，但有关的无序。在新合成的体绝缘拓扑绝缘体TlBi $_{0.15}$ Sb $_{0.85}$ Te $_2$中，我们观察到了10 K下14 T下高达98%的巨大负磁电阻，这在超导体中是前所未有的。通过数值模拟，我们认为这种现象可能是由于塞曼效应在无序体中形成的几乎不起作用的电流路径。由于无序也可以导致非饱和的线性MR在银$_{2+δ}$硒，目前的发现表明，在窄隙系统中的无序工程是有用的实现巨大的MR在正和负方向。
2017-04-03 cond-mat.mes-hall
The topological Anderson insulator phase in the Kane-Mele model
有人提出，在拓扑平凡的碲化汞/碲化镉（HgTe/CdTe）量子阱中加入无序可以诱导跃迁到拓扑非平凡态。由此产生的状态被称为拓扑安德森绝缘体，并在Bernevig-Hughes-Zhang模型的计算机模拟中发现。在这里，我们表明，拓扑安德森绝缘体是一个更普遍的现象，也出现在蜂窝晶格上的拓扑绝缘体的凯恩-梅勒模型。我们数值研究了相关参数的相互作用，并建立了拓扑安德森绝缘体存在的参数范围。一个交错的亚晶格势原来是一个必要的条件，过渡到拓扑安德森绝缘体。对于足够弱的无序，计算的基础上的最低阶玻恩近似定量再现的数值数据。因此，我们的研究结果大大增加了拓扑安德森绝缘体相的候选材料的数量。
2016-04-06 cond-mat.mes-hall
Magnetoconductance signatures of chiral domain-wall bound states in magnetic topological insulators
最近对磁性拓扑绝缘体候选材料进行的磁导测量揭示了蝶形磁滞。这种滞后现象归因于在磁场扫描过程中形成的无带隙手性畴壁束缚态。我们对待这种现象的理论，微观磁化动力学和蝴蝶磁滞磁导之间的联系。此外，我们说明了如何空间分辨电导测量可以探测畴壁束缚态的最显着的特点：他们的手征。这项工作建立了一个制度，在纵向磁导和畴壁束缚态的蝴蝶磁滞之间的明确联系。该分析为磁性拓扑绝缘体的识别提供了重要工具。
2017-12-13 cond-mat.mes-hall
Chiral edge waves in a dance-based human topological insulator
拓扑绝缘体是本体中的绝缘体，但特征在于沿着边界的手性能量传播。这种性质本质上是拓扑的，因此对无序具有鲁棒性。最初在电子材料中发现，拓扑保护的边界输运已经在许多其他物理系统中观察到。因此，人们自然会问，这一现象在更广泛的背景下是否具有相关性。我们编排了一种舞蹈，在这种舞蹈中，一群人被安排在一个正方形网格上，表现得像一个拓扑绝缘体。舞蹈的特点是通过格子边缘的舞者单向流动的运动。当人们离开舞池时，这种效果仍然存在。我们的工作将波动物理学的适用性扩展到表演艺术。
2023-01-19 cond-mat.mes-hall
Negative Magnetoresistance without Chiral Anomaly in Topological Insulators
拓扑半金属和拓扑绝缘体中的一个有趣现象是当沿电流方向施加磁场时观察到的负磁阻（MR）。对于拓扑半金属中的负磁电阻现象，人们普遍认为是手征反常现象，而对于拓扑绝缘体中的手征反常现象还没有很好的定义。我们利用半经典运动方程计算了三维拓扑绝缘体的磁共振，其中Berry曲率明显地导致了反常的速度和轨道矩。我们的理论结果与实验定量一致。负MR对温度不敏感，并且随着费米能接近带边而增加。轨道矩和g因子对负磁电阻也有重要影响，我们的结果对三维拓扑绝缘体中的负磁电阻现象给出了合理的解释，有助于理解拓扑态物质中的反常量子输运.
2017-10-19 cond-mat.mes-hall
Quantum Anomalous Hall Effect in 2D Organic Topological Insulators
量子反常霍尔效应（QAHE）是凝聚态物理中的一种基本输运现象。在没有外加磁场的情况下，自发磁化与自旋轨道耦合共同作用产生量子化的霍尔电导。到目前为止，已经提出了许多理论建议来实现QAHE，但都是基于无机材料。在这里，使用第一性原理计算，我们预测了一个家庭的二维有机拓扑绝缘体（OTIs）实现QAHE。通过将三苯基过渡金属化合物的分子构建块组装成六方晶格而设计，这种新的有机材料具有非零的Chern数，并在Dirac间隙内表现出无间隙的手性边缘状态。
2013-03-27 cond-mat.mes-hall
An anomalous higher-order topological insulator
拓扑多极绝缘体是一类高阶拓扑绝缘体（HOTI），其中由于体的电多极矩的量子化而出现鲁棒的分数角电荷。这种体角对应关系已被表示在拓扑不变量计算使用本征态的威尔逊圈运营商，一个所谓的“嵌套威尔逊圈“的程序。我们发现，类似于酉Floquet算子描述周期性驱动的系统，酉威尔逊圈运营商可以实现“异常”的阶段，这是拓扑非平凡的，尽管有一个平凡的拓扑不变量。我们介绍了一个具体的例子，一个反常HOTI，它有一个量化的体四极矩和分数角电荷，但消失的嵌套威尔逊圈指数。一个新的不变量，能够捕捉这个阶段的拓扑结构，然后构造。我们的工作表明，异常的拓扑相位，以前被认为是独特的周期性驱动的系统，可以发生，并被用来理解纯粹的时间无关的HOTI。
2018-11-29 cond-mat.mes-hall
All-Electrical Generation of Spin-Polarized Currents in Quantum Spin Hall Insulators
在没有磁性材料和外部磁场的情况下控制和产生自旋极化电流是自旋电子学的一大挑战，通常需要自旋翻转机制。在这项工作中，我们提出了一种新的方法来控制和产生的量子自旋霍尔（QSH）绝缘体制度的所有电气手段没有自旋翻转机制的锡烯纳米带中的SPC。这是通过使用栅极电压调谐自旋向上和自旋向下电子的相对相位，利用锡烯纳米带中的固有自旋-轨道耦合来实现的，这在它们之间产生时间延迟，从而产生由交流电压驱动的替代SPC。在瞬态和交流政权的交流输运的SPC的控制和产生的数值演示。我们的研究结果是强大的边缘缺陷和其他QSH绝缘体，如硅烯和锗烯等，这些研究结果建立了一个新的路线产生SPC纯电气手段和打开大门，为新的应用半导体自旋电子学。
2016-12-20 cond-mat.mes-hall
Topological Insulator in the Presence of Spatially Correlated Disorder
我们研究了空间相关无序对二维拓扑绝缘体的影响以及对这些系统中螺旋边缘态引起的量子自旋霍尔效应的影响。我们的工作扩大了以前的调查，发现不相关的障碍，可以诱导一个非平凡的阶段称为拓扑安德森绝缘体（TAI）的范围。在这些研究的扩展中，我们发现，在障碍中的空间相关性可以完全抑制TAI相的出现。我们发现，这种现象与量子渗流过渡和量化它通过推广现有的有效介质理论的情况下，相关的无序势。这个理论的预测与我们的数值计算结果吻合得很好，可能对未来的实验至关重要。
2013-07-12 cond-mat.mes-hall
The 2D metal-insulator transition as a strong localization induced crossover phenomenon
低无序和高迁移率的2D电子（或空穴）系统在低温下随着载流子密度（n）的变化而经历明显的金属-绝缘体转变（MIT）。在某些情况下，通过改变平行于2D层的外部施加的面内磁场，可以在固定的低载流子密度下引起2D MIT。dρ/dT在某一非普适的依赖于样品的临界载流子密度n_c处改变其符号，从而将n>n_c时的有效二维金属（dρ/dT >0）与n<n_c时的有效二维绝缘体（dρ/dT<0）区分开来。我们研究了2DMIT现象作为一个可能的强局域化诱导的交叉过程控制的Ioffe-Regel准则，kFl =1。从考虑无序散射效应的实际输运理论出发，计算了有效金属相的量子平均自由程（l），通过求解由Ioffe-Regel判据定义的积分方程，得到了非普适临界密度n_c随无序强度、面内磁场、自旋和谷简并度等物理实验参数的变化关系，背景介电常数和载流子有效质量以及温度。n_c的非普适参数依赖性的关键物理基础是库仑无序的温度和密度依赖性。我们对交叉n_c的计算结果与不同二维半导体系统中的实验数据在定性和半定量上一致，从而证明了在无序二维系统中，明显的二维MIT信号可能是强局域交叉的开始。我们提供了一些结果，其中一个低温的2D麻省理工学院成为可能，在存在谷间散射的石墨烯。我们还提供了一个广泛的比较与理论结果的基础上得到的2D MIT被认为是一个渗滤过渡。
2015-08-05 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall
Spin-Torque Generation in Topological-Insulator-Based Heterostructures
利用拓扑绝缘体的异质结构表现出显著的自旋扭矩效率。然而，强扭矩的确切来源，特别是它是否源于拓扑表面态的自旋动量锁定，或者更确切地说，来自拓扑绝缘体的自旋霍尔物理仍然不清楚。在这里，我们探索了纯粹基于拓扑表面态的自旋扭矩产生机制。我们考虑拓扑绝缘体为基础的双层铁磁金属（TI/FM）和磁掺杂拓扑绝缘体（TI/mdTI），分别。通过将两种设置之间的关键理论差异归因于活性表面态的位置和数量，我们在拓扑表面态的非平衡自旋密度的自旋扩散的相同框架内描述了这两种设置。对于TI/FM双层，我们发现大的自旋扭矩效率大致相等的幅度为平面内和平面外的自旋扭矩。对于TI/mdTI双层，我们阐明了自旋转移类扭矩的主导地位。然而，我们无法解释数量级的增强报告。尽管如此，我们的模型给出了一个直观的图片的自旋扭矩产生的拓扑绝缘体为基础的双层，并提供了理论上的限制自旋扭矩产生由于拓扑表面状态。
2016-03-15 cond-mat.mes-hall
Fluctuational internal Josephson effect in topological insulator film
研究了电子和空穴在拓扑绝缘体薄膜相对表面间的隧穿。我们预测相当大的增强隧道电导率的库珀电子-空穴对的波动，是他们的库珀配对的前体。在临界折射率ν = 2的临界温度附近，库珀对涨落导致隧穿电导的临界行为。如果无序抑制了对，则在量子相变附近的隧穿电导行为也是临界的，其指数μ = 2。这种效应可以解释为涨落内约瑟夫森效应，它是电子-空穴双层膜的普遍现象。讨论了这种效应在其它电子空穴双层结构实现中的特殊性。
2013-07-29 cond-mat.mes-hall
Quantum Anomalous Parity Hall Effect in Magnetically Disordered Topological Insulator Films
在磁掺杂薄膜拓扑绝缘体中，排列磁矩产生支持单个手征边缘态的量子反常霍尔相位。我们表明，作为系统退磁，无序随机取向的磁矩可以产生一个“量子反常宇称霍尔”相位与\emph{helical}边缘模式保护的酉反射对称性。我们进一步表明，引入超导性，结合选择性的反射对称性的门，允许创建和操纵的马约拉纳零模式，通过纯电气手段和零施加磁场。
2019-07-27 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall
Finite transverse conductance in topological insulators under an applied in-plane magnetic field
最近，在拓扑绝缘体（TI）中，实验上已经证实了平面霍尔效应（PHE）的现象，其中，在存在面内磁场的情况下驱动的电流产生横向电压。对这一现象有几种理论解释。我们研究了这种现象的散射理论的基础上正常的金属-TI-正常的金属混合结构，并计算在纵向和横向方向上的电导所施加的偏压。横向电导取决于计算它的两个NM-TI结之间的空间位置。当顶部和底部TI表面（分别为$μ_t$和$μ_b$）的化学势相等时，在漏电极中其为零。纵向电导为$π$ -$ϕ$中的周期性-偏置方向与面内磁场方向之间的角度。当$μ_t=μ_b$时，横向电导在$ϕ$中是$π$ -周期性的，而当$μ_t\neqμ_b$时，横向电导在$ϕ$中是$2π$ -周期性的。作为磁场的函数，横向电导的大小最初增加并达到峰值。在更高的磁场下，当角度$ϕ$接近$0,π$时，它衰减，而当角度$ϕ$接近$π/2$时，它振荡。电导随TI区的长度振荡。系统的有限宽度使传输分成许多通道。电导的特征类似于无限宽系统的极限，除了当宽度很小时，只有一个通道参与输运。当只有一个沟道参与输运时，对于$μ_t=μ_b$，区域$0<x<L$中的横向电导为零，即使对于$μ_t\neqμ_b$，区域$x>L$中的横向电导也为零。我们理解所获得的结果中的特征。
2021-04-29 cond-mat.mes-hall
Spin-Hall Effect in Chiral Electron Systems: from Semiconductor Heterostructures to Topological Insulators
介观自旋-霍尔效应现象表现为在弹道导体的边缘或更一般地在具有变化的电子密度的区域中的非平衡自旋积累（由电流驱动）。本文回顾了我们最近对具有Rashba/Dresselhaus自旋轨道相互作用的弹道二维半导体异质结构中自旋积累的研究结果，并将以前发展的方法推广到预测三维拓扑绝缘体表面自旋-霍尔效应的存在.新的自旋-霍尔效应的主要区别在于它的大小，预计比半导体异质结构中的强得多。这是因为在半导体中，由于小的自旋-轨道相互作用而出现自旋累积，而自旋-轨道构成拓扑绝缘体的哈密顿量中的主导项。
2009-12-23 cond-mat.mes-hall
Odd-frequency superconducting pairing and subgap density of states at the edge of a two-dimensional topological insulator without magnetism
研究了无磁性的二维拓扑绝缘体边缘超导混合结中奇频自旋三重态s波配对的产生及其后果。更具体地说，我们考虑几个不同的正常超导体的混合系统在拓扑绝缘体的边缘，自旋单态s波超导配对是邻近诱导从外部常规超导体。我们进行了充分的分析计算，并表明奇频混合自旋三重态s波配对的出现是由于独特的自旋动量锁定在拓扑绝缘体边缘状态和自然非恒定的配对电位分布的混合系统。重要的是，我们建立了一个一对一的对应关系，在低能量的局域态密度（LDOS）和奇数频率的自旋三重态配对在NS，NSN和SNS结沿拓扑绝缘体的边缘;在接口的LDOS的增强可以直接归因于奇数频率配对的贡献。此外，在SNS结中，我们表明，零能量LDOS峰的出现在超导相$ϕ=π$是纯粹与奇频配对在中间的结。
2017-10-10 cond-mat.mes-hall
Anti-higher-order topological insulators
International Center for Quantum Materials, School of Physics, Peking University（北京大学物理学院量子材料国际中心）；College of Physics, Hebei Normal University（河北师范大学物理学院）；Hefei National Laboratory（合肥国家实验室）
该研究提出反拓扑态作为拓扑态的对偶，以反高阶拓扑绝缘体为例，在特定双层陈绝缘体中演示其态分布反转特性，确立反拓扑学为拓扑研究新范式。
2026-09-02 cond-mat.mes-hall
Strong interband Faraday rotation in 3D topological insulator Bi2Se3
法拉第效应是一种典型的磁光现象，它是由光与物质之间的角动量转移引起的，其中时间反演对称性被外部施加的磁场破坏。在这里，我们报告的法拉第旋转引起的突出的3D拓扑绝缘体Bi 2 Se 3由于体带间激发。这种非共振效应的起源，在其他非磁性材料中非常强，可以追溯到Bi2Se 3的特定Dirac型哈密顿量，这意味着这种材料中的电子和空穴非常类似于具有非零静止质量的相对论粒子。
2015-12-02 cond-mat.mes-hall
Surface states in a 3D topological insulator: The role of hexagonal warping and curvature
我们探讨了六边形翘曲和有限有效质量对三维拓扑绝缘体的电子态密度和朗道能级结构的综合影响。我们发现，增加翘曲的平方根范霍夫奇异转化为对数之一。对于中等翘曲的一个额外的对数奇点和跳跃的TDOS出现。通过对Bi $_2$ Te $_3$中的TDOS的直接测量，证实了这一现象.结合微扰理论和WKB近似，我们计算了存在六角弯曲时的激光长。我们预测，由于简并去除的演变的LL在磁场是急剧修改。
2014-08-29 cond-mat.mes-hall
RF-quantum capacitance of the topological insulator Bi2Se3 in the bulk depleted regime for field-effect transistors
在射频范围内实现了一种基于hBN封装CVD生长Bi 2Se 3的金属-介质-拓扑绝缘体电容器器件。提取的RF量子电容和器件电阻的频率高达10 GHz，并研究作为施加的栅极电压的函数。高质量的hBN电介质栅极与CVD生长的Bi 2Se 3（在8 nm中n~10^18cm-3）的优化的输运特性的组合允许我们通过电介质栅极获得体耗尽状态。观察到的量子电容最小值揭示了一个纯粹的狄拉克制度，其中狄拉克表面状态接近栅极达到电荷中性，但底表面狄拉克锥保持带电，并通过绝缘体耦合电容到顶表面。我们的工作为在射频器件中实现拓扑材料铺平了道路。
2018-02-13 cond-mat.mes-hall
Quantum oscillations in a dipolar excitonic insulator
本研究在栅极可调的库仑耦合电子-空穴双层结构实现的激子绝缘体中观测到电阻率量子振荡，揭示了激子绝缘体与量子Hall态间的反复转变及激子结合能的振荡现象，为研究关联绝缘体量子振荡提供了新平台。
2025-01-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Berry phase theory of planar Hall effect in Topological Insulators
在体传导极限下，外磁场平行于外加电流方向时，外尔半金属和拓扑绝缘体的纵向磁阻效应为负。拓扑半金属中的负纵向磁电阻效应被认为是手征反常效应的结果，而拓扑绝缘体中的负纵向磁电阻效应还没有得到很好的定义。另一个有趣的现象，平面霍尔效应-在所施加的共面电场和磁场的平面中出现横向电压，其彼此不完全对准，其中传统的霍尔效应消失的配置，最近被认为存在于Weyl半金属中。本文提出了一种在体电导极限下三维拓扑绝缘体平面霍尔效应的准经典理论。从玻尔兹曼输运方程出发，导出了拓扑绝缘体的平面霍尔电导率和纵向磁导率的表达式，并指出了轨道磁矩对平面霍尔效应的重要作用。我们的理论结果预测特定的实验签名拓扑绝缘体，可以直接在实验中检查。
2017-07-19 cond-mat.mes-hall
Anisotropic and strong negative magneto-resistance in the three-dimensional topological insulator Bi2Se3
本文报道了三维拓扑绝缘体Bi2Se3外延薄膜的高场角度依赖磁输运测量。在低温下，我们观察到量子振荡，表现出体和表面载流子的同时存在。Bi_2Se_3的磁电阻具有很强的各向异性。在平行电场和磁场存在的情况下，我们观察到了一个强的负纵向磁阻，它被认为是在某些半金属中由于所谓的轴向反常而存在手征费米子的一个确凿证据。它在三维拓扑绝缘体中的观测结果表明，轴向异常实际上可能是一种比最初想象的更为普遍的现象。
2016-08-11 cond-mat.mes-hall
Spin-current version of solar cells in non-centrosymmetric magnetic insulators
光伏效应，例如，太阳能电池将光转换成直流电流。这种现象发生在各种设置，如在非中心对称晶体和半导体PN结。最近，我们提出了一种利用电磁波在磁体中产生直流自旋电流的理论，即，太阳能电池的自旋电流对应物我们的计算表明，自旋电流的非线性电导率是非零的各种非中心对称的磁铁，这意味着这种现象是普遍存在的反转非对称材料的磁激发。直觉上，这种现象是磁激发的体光伏效应，其中电子和空穴、可见光和反转非对称半导体分别被磁振子或自旋子、THz或GHz波和非对称磁绝缘体取代。我们还发现，光子驱动的自旋电流是漂移电流型的，因此，电流是稳定的杂质散射。这种体光伏自旋电流与发生在磁体和金属之间的界面处的众所周知的自旋泵浦形成鲜明对比。
2020-10-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el
Topological chiral interface states beyond insulators
我们展示了如何在一个无隙系统中设计一个界面态的手征谱流。虽然散装带接触-从而使拓扑指数的频带不明确-这种频谱流有一个拓扑的起源，使它强大的，即使它与散装带共存。这种现象说明了一个调制的光子量子行走。
2020-07-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
Shedding light onto topological insulator beads: perspectives for optical tweezing application
在经典光学框架下，研究了电磁辐射与球形三维拓扑绝缘体（TI）微球的相互作用。由于在TI表面反射和透射的射线所经历的拓扑磁电效应（TMF），在球形珠上出现净恒定力，其与精细结构常数乘以入射辐射功率成比例。这种均匀的动力学（恒定加速度）对于光学镊子技术可能特别有用，例如，用于研究拉伸下的DNA条带或膜片，以及通过纯光学控制来移位微小物体。
2016-09-01 cond-mat.mes-hall physics.optics
Conversion of electronic to magnonic spin current at heavy-metal magnetic-insulator interface
电子自旋电流可以通过在磁性绝缘体和具有强自旋-轨道耦合的金属的界面处产生或湮灭热磁振子而转换为磁振子自旋电流。到目前为止，这一现象在线性范围内得到了证实。基于非线性制度的分析和富勒烯数值结果，我们表明，在绝缘体中产生的热磁振子或磁振子自旋电流是不对称的相对于在金属中的充电电流的方向，并表现出非线性的依赖于充电电流密度，这是解释的自旋霍尔转矩和磁化阻尼的调谐效应。结果也进行了讨论，并与最近的实验指向一个新的方式的非线性操纵自旋与电气手段。
2017-01-18 cond-mat.mes-hall
Robust scheme for magnetotransport analysis in topological insulators
狄拉克和外尔费米子系统最近的兴奋引起了人们对多载流子系统磁输运性质的新的兴趣。然而，即使在最简单的双载波情况下，其分析的复杂性也阻碍了对潜在现象的良好理解。在这里，我们提出了一个新的分析方案，两个独立的传导通道，大大减少了以前的模糊性，并允许得出稳健的结论。这一点在三维拓扑绝缘体的例子中得到了明确的证明。它们的温度和栅极电压依赖的霍尔系数和横向磁阻行为，包括巨大的线性横向磁阻的现象，可以追溯到两个导电通道，具有完全确定的载流子浓度和迁移率。我们进一步推导出横向磁阻的上限。它的违反意味着在电子能带结构或散射过程中的场依赖性，或存在两种以上的有效载流子类型。值得注意的是，没有一个三维拓扑绝缘体或半金属具有特别大的横向磁阻违反这一限制。
2019-04-23 cond-mat.mes-hall
Asymmetric Cherenkov acoustic reverse in topological insulators
在常规材料的光学或声学中已知的切伦科夫辐射的一般现象是在那些材料中分别形成由加速到光速或声速以上的粒子发射的光子或声子的前向锥。在这里，我们建议三维拓扑绝缘体作为一个独特的平台，从根本上探索和实际利用切伦科夫效应的声学方面。我们证明了在三维拓扑绝缘体表面施加面内磁场可以在临界磁场下将前向切伦科夫声抑制到零。在临界场之上，切伦科夫声音获得纯向后性质，其极分布不同于在临界场之下产生的向前分布。这种非对称切伦科夫反转的潜在应用是在低能量电子器件的设计中，例如声学棘轮，或者通常在具有对切伦科夫耗散的方向和幅度的磁场控制的电子电路的低功率设计中。
2014-09-15 cond-mat.mes-hall
Quantized topological magnetoelectric effect of the zero-plateau quantum anomalous Hall state
三维拓扑绝缘体中的拓扑磁电效应是一种新颖的现象，即电场在三维拓扑绝缘体中感应出方向相同的磁场，其普适比例系数以$e^2/2h$为单位进行量子化。本文提出在磁性拓扑绝缘体或铁磁-拓扑绝缘体异质结构的零平台量子反常霍尔态中可以实现拓扑磁电效应。数值研究了有限尺寸效应，发现随着拓扑绝缘体薄膜厚度的增加，磁电系数趋于量子化。我们进一步提出了一个设备设置，以消除非拓扑的贡献，从侧面。
2015-08-20 cond-mat.mes-hall
Topological Anderson Insulator
无序在二维中起着重要的作用，并且负责诸如金属绝缘体转变以及积分和分数量子霍尔效应等引人注目的现象。在本文中，我们研究了无序在最近发现的拓扑绝缘体中的作用。拓扑绝缘体具有一对螺旋边缘态，其自旋方向相反，并表现出量子自旋霍尔效应。我们预测了一个意想不到的和平凡的量子相位称为“拓扑安德森绝缘体”，这是通过在二维金属中引入杂质获得的;这里的无序不仅会导致金属绝缘体转变，正如预期的那样，但从根本上负责创建扩展的边缘状态。我们确定的拓扑安德森绝缘体的相图，并概述其实验结果。
2008-11-19 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall
Ginzburg-Landau action and polarization current in an excitonic insulator model of electronic ferroelectricity
本文以激子绝缘体模型为例，通过构造Ginzburg-Landau作用量研究电子铁电体中电极化的低能动力学与输运，发现仅纵向涨落相关，并推导了纯电子定义的极化扩散方程。
2023-05-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Flat-band formation and chiral superconductivity in driven topological insulators
McGill University（麦吉尔大学）；Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne（洛桑联邦理工学院）；Argonne National Laboratory（阿贡国家实验室）
研究利用圆偏振光在三维拓扑绝缘体表面Floquet工程出平带或墨西哥帽型能带，该能带可通过纯排斥库仑相互作用支持拓扑超导，结合合适金属栅可实现~7K的超导转变温度并避免维格纳结晶。
2026-07-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Dielectric breakdown of strongly correlated insulators in one dimension: Universal formula from non-Hermitian sine-Gordon theory
University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校）；Lawrence Berkeley National Laboratory（劳伦斯伯克利国家实验室）；University of Tokyo（东京大学）；Kyoto University（京都大学）；Ritsumeikan University（立命馆大学）；Osaka University（大阪大学）
本文基于非厄密辛格ordon理论，推导出一维强关联绝缘体介电击穿的通用解析公式，揭示了非线性非平衡输运现象的普遍性。
2025-11-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.quant-gas cond-mat.str-el
Observation of the zero Hall plateau in a quantum anomalous Hall insulator
磁性拓扑绝缘体（TI）中的量子反常霍尔（QAH）效应是指在没有外加磁场的情况下，霍尔电阻达到量子平台的一种新的输运现象。最近，这种奇特的效果已被发现实验中的Bi2Te3家庭TI的自发铁磁（FM）秩序的可编程薄膜。关于QAH态的一个重要问题是，它是否只是量子霍尔（QH）效应的零磁场版本，或者是否存在超越传统范式的新物理学。在这里，我们报告的量子相变之间的两个相反的霍尔平台的QAH绝缘体的磁化反转引起的实验研究。我们观察到一个明确的高原与零霍尔电导率在一个范围内的磁场周围的磁场，最近的理论预测一致。零霍尔平台的特征与QAH效应密切相关，但其温度演化与传统QH平台转变的网络模型存在定量差异。我们建议，手征边缘状态驻留在磁畴边界，这是唯一的QAH绝缘体，负责零霍尔平台。丰富的磁畴动力学使QAH效应成为一类独特的量子现象，可能在自旋电子学中找到新的应用。
2015-03-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Topological Spin Texture in a Quantum Anomalous Hall Insulator
利用具有铁磁有序和强自旋轨道耦合的薄膜拓扑绝缘体，在实验中发现了量子反常霍尔效应。在这里，我们调查的自旋自由度的QAH绝缘体，并揭示了一个基本的现象，即边缘状态表现出拓扑稳定的自旋纹理的边界时，手征类对称存在。这一结果表明，边态在轨道和自旋自由度上都是手征的，手征边自旋织构对应于QAH绝缘体的体拓扑态。我们还研究了边缘自旋织构在设计基于拓扑态的自旋器件中的潜在应用，这些自旋器件可能适用于未来的自旋电子学技术。
2014-09-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
