Topological band inversion in HgTe(001): surface and bulk signatures from photoemission
碲化汞是一种多用途的拓扑材料，并且已经能够实现各种拓扑状态，包括二维和三维（3D）拓扑绝缘体和拓扑半金属。然而，它的电子结构的定量理解仍然具有挑战性，特别是由于耦合的碲5p衍生价电子汞5d核心状态在浅结合能。基于角分辨光电子能谱学和密度泛函理论，我们对应变碲化汞（001）薄膜在三维拓扑绝缘区的电子结构进行了实验和理论研究.结果建立详细的协议方面的（一）电子能带色散和轨道对称性，（二）表面和散装贡献的电子结构，及（三）汞5d国家的重要性，在价带形成。在理论的支持下，我们的实验直接成像的HgTe的范式带反转，其非平凡的能带拓扑结构的基础。
2022-12-11 cond-mat.mtrl-sci
Switching of band inversion and topological surface states by charge density wave
拓扑非平凡材料通过体边缘对应具有与体能带反转相关的受保护边缘状态。操纵这样的边缘状态是非常期望的，以开发新的功能和设备，实际上使用它们的耗散少的性质和自旋动量锁定。在这里，我们介绍了一个过渡金属二硫属化物VTe $_2$，主机的电荷密度波（CDW）耦合的带反转涉及V3 $d$和Te 5 $p$轨道。自旋和角度分辨的光电子能谱与第一性原理计算揭示了巨大的各向异性修改的体电子结构的CDW形成，伴随着选择性消失的Dirac型自旋极化的拓扑表面状态，存在于正常状态。对体态的三维研究表明，在布里渊区边界处的带反转在CDW形成时通过转变成异常的平坦带而溶解。我们的发现为利用CDW对外界刺激的柔性特性进行物质的拓扑操纵提供了一个新的视角。
2020-04-20 cond-mat.mtrl-sci
Non-necessity of band inversion process in 2D topological insulators for bulk gapless states and topological phase transitions
在通常采用的2D拓扑绝缘体模型中，众所周知，体无带隙态形成在能带反转点处，在该点处，态的简并性受到对称性的保护。因此，有时很容易考虑这种特性，即无隙态的出现，是在对称性保护下的能带反转过程的结果。类似地，带反转过程甚至可能被认为是诱导2D拓扑相变所必需的。为了澄清这些误导的观点，我们提出了一个简单的模型与灵活的陈数来证明，散装无带隙状态出现在拓扑相变的相边界，尽管没有带反转过程。此外，体无间隙状态不需要出现在由对称性保护的特殊$k$点处。鉴于这些基本的\textit{conceptual}问题的重要性及其广泛的影响，我们的澄清应该产生强烈的普遍利益和重大影响。此外，我们的一般模型的简单性和灵活性与任意陈数应证明有用的广泛的未来研究的拓扑状态的物质。
2017-10-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Hidden Zeeman-type spin polarization in bulk crystals
探索被忽视的潜在效应，因为名义上的全球晶体对称性，但确实是可见的固态材料一直是一个迷人的研究课题最近。在这里，我们介绍了一种新的隐藏的塞曼型自旋极化（HZSP）的大块晶体与亚晶格结构。在这些晶体的动量空间中，在某个平面中形成的双简并带可以表现出具有垂直于该平面的相反自旋取向的均匀自旋配置，而这种简并态在空间上分离在一对实空间扇区中。有趣的是，我们发现HZSP可以在中心对称和非中心对称材料中表现出来。我们进一步证明了非对称的二重螺旋旋转对称性在HZSP形成中的重要作用。此外，两个代表性的材料实例，即，中心对称的WSe $_2$和非中心对称的BaBi $_4$ O $_7$通过第一性原理计算被识别为显示HZSP。因此，我们的发现不仅为隐藏的自旋极化研究开辟了新的视角，而且大大拓宽了自旋电子学应用的材料范围。
2023-02-08 cond-mat.mtrl-sci
Net and Hidden Spin-Valley Locking Enable Ultrahigh Hole Mobility in Covalent Bulk WN$_2$
Beijing Institute of Technology（北京理工大学）；University of Science and Technology Beijing（北京科技大学）
该研究通过计算证实体相WN₂的两种六方相分别实现净与隐藏自旋-谷锁定，可抑制散射，获超高空穴迁移率，确立隐藏自旋极化的输运保护作用，扩展自旋-谷工程至中心对称半导体。
2026-08-10 cond-mat.mtrl-sci
Near-room-temperature magnetoelectric coupling engineered through inversion-breaking tilts in a bulk perovskite polytype
University of Warwick（华威大学）；Luxembourg Institute of Science and Technology（卢森堡科学技术研究所）；Rutherford Appleton Laboratory（鲁瑟福阿普尔顿实验室）；Durham University（杜伦大学）
本研究通过对称性引导设计，在六方多型体AMnO3中利用反转对称性破缺刚性单元模式同时产生极化和铁磁序，实现了近室温磁电耦合。
2026-06-05 cond-mat.mtrl-sci
Direct observation of spin-polarised bulk bands in an inversion-symmetric semiconductor
在非磁性固体中产生自旋极化电子态的方法是非常需要的，以实现新量子器件的电子自旋的全电操纵。这通常被认为需要打破全球结构反转对称性。与此相反，在这里，我们提出了直接的证据，从自旋和角度分辨的光电子能谱的强自旋极化体状态的中心对称的过渡金属dichalcogenide WSe $_2$。我们展示了这是如何产生的，由于缺乏反转对称性的散装晶体的组成结构单元的电子状态被本地化，导致巨大的自旋分裂高达$\sim\!0.5$ eV，与自旋纹理，强烈调制在真实和动量空间。以及提供第一个实验证据最近预测的“隐藏”自旋极化反转对称材料，我们的研究揭示了一个假定的自旋谷耦合过渡金属dichalcogenides，使用这些化合物在拟议的valleytronic设备的关键重要性。
2014-08-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Detecting band inversions by measuring the environment: fingerprints of electronic band topology in bulk phonon linewidths
物质的拓扑相和耗散浴之间的相互作用构成了一个新兴的研究课题，与凝聚态，光子晶体，冷原子气体和量子信息有关。虽然最近的研究表明，耗散浴可以诱导拓扑相在本质上平凡的量子材料，拓扑不变量的耗散浴的反作用被忽视。通过探索这种反作用耦合到声子的中心对称狄拉克绝缘体，我们表明，体光学声子的线宽可以包含通用的功能，揭示了电子结构的拓扑结构。这个结果是第一个已知的例子，其中开放量子系统的拓扑相位可以通过测量周围环境的体属性来检测。
2015-10-26 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Band inversion and topology of the bulk electronic structure in FeSe${}_{0.45}$Te${}_{0.55}$
FeSe ${}_{0.45}$ Te ${}_{0.55}$（FeSeTe）具有Dirac表面态和Majorana束缚态，是一种具有拓扑超导性的超导体.然而，相关性强烈重整化的电子结构计算相比，带，并没有证据表明预期的散装带反转。在这里，我们提出了一个全面的角度分辨光电发射（ARPES）研究FeSeTe作为光子能量范围从15 - 100 eV的函数。我们发现，虽然体价带顶基本上没有$k_z$色散，但其归一化强度随$k_z$呈周期性变化。我们表明，使用ARPES选择规则，强度振荡是一个签名的带反转表示的奇偶性从$Γ$到Z的变化。因此，我们提供了第一个直接的证据拓扑非平凡的散装能带结构，支持保护表面状态。
2019-10-02 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Circular Photocurrents in Centrosymmetric Semiconductors with Hidden Spin Polarization
该研究利用空间非均匀圆偏振光打破中心对称TMDCs的整体反演对称性，通过隐藏自旋极化与逆自旋霍尔效应产生并探测直流圆偏振光电流。
2024-05-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Second-Harmonic Generation in Bulk Diamond Based on Inversion Symmetry Breaking by Color Centers
固体中反转对称性的破缺在非线性光学中起着核心作用，因为它可以改变材料性质，例如产生偶数阶非线性光学（NLO）效应。虽然中心对称金刚石已被开发为光子平台，包括波导和光源，但大块金刚石中的非线性光学效应仅限于三阶。因此，利用更强大的二阶NLO效应，例如二次谐波产生（SHG），仍然具有挑战性。在这里，我们探讨了在大块金刚石的色心，氮空位中心的破缺诱导的二阶非线性光学效应。用超短激光脉冲激发，同时观察到SHG和三次谐波产生（THG），表现出特征强度图案，这取决于激发通量和光偏振角。我们发现，SHG作为源的THG的级联过程。我们的研究结果将提供基于金刚石色心的非线性光学效应的量子传感，例如在纳米尺度上通过电光效应对电磁场进行成像。
2022-03-18 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Stain-Induced Band Inversion and Topological Nontriviality in Antimonene
锑烯是在最近的文献中提出的V族元素的新型二维（2D）半导体材料[Zhang等人，Angew.国际版54，1-5（2015）]。利用第一性原理计算，我们证明了锑烯的屈曲构型使其能够承受高达20%的大拉伸应变。当拉伸应变大于14.5%时，在Gamma点附近发生能带反转，导致布里渊区出现六个倾斜的狄拉克锥。自旋-轨道耦合（SOC）效应在Dirac点处打开了一个拓扑非平凡的体带隙，表现出二维拓扑绝缘体的特征，其特征在于非零的Z2拓扑不变量.锑烯具有101-560 meV的可调带隙，是一种在高温下实现量子自旋霍尔效应（QSH）的理想材料，可满足未来低功耗电子器件的需求。
2015-04-15 cond-mat.mtrl-sci
Spectroscopic evidence for bulk-band inversion and three-dimensional massive Dirac fermions in ZrTe5
三维拓扑绝缘体（3D TI）代表了量子物质的新态，其中表面态受到时间反转对称性的保护，并且在体导带和价带之间发生反转。然而，体带反转，这是密切联系在一起的拓扑非平凡性质的三维TI很少被实验研究。此外，在TI中很少观察到具有近带色散的3D有质量狄拉克费米子。最近，范德华晶体ZrTe 5理论上被预测为TI。在这里，我们报告了高迁移率（~33,000 cm $^2$ /（Vs））多层ZrTe 5薄片在磁场（$B$）高达35 T的红外透射研究。我们观察到零磁场光吸收与光子能量之间的线性关系，带隙约为10 meV，并且在低磁场下朗道能级（LL）跃迁能量与$\sqrt{B}$相关，表明在该系统中存在具有近线性带色散的三维大质量狄拉克费米子。更重要的是，在高于17 T的磁场下LL内跃迁的重新出现揭示了两个零LL之间的能量交叉，这反映了体导带和价带之间的反转。我们的结果不仅为ZrTe 5中的TI态提供了光谱证据，而且为范德华材料中Dirac费米子的基础研究开辟了一条新的途径。
2017-01-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Symmetry-assisted protection and compensation of hidden spin polarization in centrosymmetric systems
最近有人注意到，在某些中心对称的化合物中，自旋轨道相互作用耦合了每个缺乏反转对称性的局部扇区，从而导致了真实空间中可见的自旋极化效应，被称为“隐藏自旋极化（HSP）”。然而，可观察到的自旋极化的一个给定的本地部门受到干扰，其反转伙伴，阻碍材料实现和潜在的应用HSP。从单轨道紧束缚模型出发，我们提出了一种非平凡的方法，通过非对称对称性最小化反转伙伴之间的相互作用来保护强的扇形投影自旋织构。HSP效应通常由Γ点附近的反转伙伴补偿，但不受布里渊区边界周围的相互作用的影响。我们进一步总结了17个层组，支持这种辅助HSP和识别的第一性原理计算数百准二维材料从现有的数据库中，其中一组稀土化合物LnOI（Ln = Pr，Nd，Ho，Tm和Lu）作为伟大的候选人，表现出强大的Rashba和Dresselhaus型HSP。我们的发现也提供了一个理想的平台，以控制HSP涌现的物理效应，如打开一个杂化间隙的拉伸应变，实现时间反演不变的拓扑超导。
2019-02-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electric toroidal dipole order and hidden spin polarization in ferroaxial materials
本研究针对NiTiO₃和K₂Zr(PO₄)₂两种典型铁轴材料，通过第一性原理计算证实电环形偶极子是铁轴相变的序参量，发现其铁轴相内含破缺反演对称的亚单元，可产生局域偶极涡旋并诱导隐藏自旋极化。
2024-07-11 cond-mat.mtrl-sci
On the nature of the band inversion and the topological phase transition in (Pb,Sn)Se
最近发现的拓扑相变在IV-VI窄隙半导体振兴了几十年来的兴趣，在这些材料中发生的体带反转。本文用角分辨光电子能谱学方法，在0 <= x <= 0.37和300 K >= T >= 9 K的参数空间内，系统地研究了Pb{1-x}Sn{x}Se混晶的（001）表面态。利用表面态观测，我们直接监测该固溶体中的拓扑相变，并获得有关系统基本带隙演变的有价值的信息。与常见的模型预期相反，带隙演化似乎是非线性的，作为所研究的参数的函数，导致测量的不连续带反转过程。这一发现表明，预期的无间隙体状态实际上是不是一个稳定的配置，因此，拓扑相变表现出类似于一级转变的功能。
2014-09-21 cond-mat.mtrl-sci
Impurity scattering in the bulk of topological insulators
本文研究了二维和三维拓扑绝缘体（TI）中$δ$ -杂质散射的时间反演效应。具体地说，我们考虑杂质散射强度是如何受拓扑绝缘体的体能带结构的影响。一个有趣的带反转效应与系统的变化，从普通的拓扑绝缘体指出。我们的研究结果的实验后果进行了讨论。
2011-11-07 cond-mat.mtrl-sci
Hidden electronic order in 1T-VSe2
在这里，我们研究了1 T-VSe 2的表面电子结构的角度分辨光电子能谱的装置，并揭示了位于费米能级附近的无色散发射。它的晶体动量依赖性表明，它占据了布里渊区（BZ）的大部分，在那里预计没有体带。在电子掺杂（Rb原子的沉积）时，系统以令人惊讶的方式演变。除了预期的能带下移之外，还观察到体发射和无色散发射的分裂。这种特殊的行为强烈地暗示了这种发射的内在本质。因此，其表征可能与更深入地理解过渡金属二硫属化物的物理学有关。
2021-10-10 cond-mat.mtrl-sci
Hidden antiferromagnetism on the light-irradiated surface of bulk SrTiO3 and at the LaAlO3_SrTiO3 interfaces
本文研究了SrTiO_3表面受钛光照射时电子的dxz_dyz和dxy谱带性质。最近A. F. Santander-Syro等人[Nature Materials，13，1085（2014）]发现，dxy带实际上包括两个手性分支，其中在不存在磁矩的情况下，带中心处的Kramers简并度升高。从对称性分析的不稳定性可能在费米液体与交换相互作用，我们确定了金属层内状态与具体的反铁磁相，并讨论如果相同的状态实现在导电LaAlO3_SrTiO3接口。
2015-01-29 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Femtosecond photocurrents by the Dresselhaus bulk spin-galvanic effect in an inversion-asymmetric ferromagnet
我们研究超快光电流薄膜的模型铁磁金属体反转对称性破缺，半金属Heusler化合物NiMnSb，激发光泵浦脉冲与光子能量为1.55 eV。值得注意的是，在样品的磁化方向M，所有的光电流被发现是一个与Rashba和Dresselhaus型对称性的分量的叠加。我们对Dresselhaus体光电流的解释如下：泵浦引起的电子加热引起自旋μ s的过剩||M，其将自旋角动量转移到具有Dresselhaus型自旋动量锁定的状态。由此产生的电荷电流通过动量弛豫在10 fs的时间尺度上弛豫，因此准瞬时地跟随μ s。μ_s的弛豫是由电子的冷却决定的，而不是由半金属的自旋-晶格弛豫决定的。我们的研究结果增加了Dresselhaus自旋电流效应（SGE）的超快自旋电荷转换现象。他们指出了一条更有效的自旋电子太赫兹发射器和探测器的基础上体积缩放的散装SGE。
2025-07-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Uncovering hidden spin polarization of energy bands in antiferromagnets
晶体中的许多教科书物理效应都是由某些特定的对称性实现的。与这种“明显效应”相反，“隐藏效应X”指的是一般条件，其中标称全局系统对称性将不允许效应X，而晶体内局部扇区的对称性将允许效应X。已知的例子包括隐藏的Rashba和/或隐藏的Dresselhaus自旋极化，其需要自旋轨道耦合，但是（与明显的Rashba和Dresselhaus对应物不同）甚至可以存在于反转对称的非磁性晶体中。在这里，我们指出，不需要自旋轨道耦合（SOC）的自旋分裂效应可以有一个隐藏的自旋极化对应反铁磁体。我们发现，这种隐藏的，SOC独立的影响反映了完美的晶体，而不是由于不完善的效果的内在属性，打开实验实现的可能性，并提供了一个潜在的方式来切换反铁磁有序。
2022-11-17 cond-mat.mtrl-sci
Corner states and topological transitions in two-dimensional higher-order topological sonic crystals with inversion symmetry
研究了具有反演对称性的宏观二维声波晶体，揭示了经典波系中的高阶拓扑物理。通过调整单个几何参数，可以同时控制体和边缘的能带拓扑。体带隙形成拓扑晶体绝缘体的声学模拟，其具有由于边缘上的对称性减少而带隙的边缘状态。在镜像对称的情况下，边缘态的能带拓扑可以用Zak相位来表征，这说明了能带拓扑在维度层次中的存在，这是高阶拓扑的核心。此外，边缘带隙可以在不关闭体带隙的情况下关闭，揭示了边缘上的独立拓扑转变。体布里渊区和表面布里渊区高对称点的对称本征值可以很好地描述体布里渊区和边缘布里渊区丰富的拓扑跃迁。我们进一步分析了高阶拓扑结构的收缩声波晶体略有不同的物理，但更丰富的角落和边缘的现象被揭示。在这些系统中，通过控制几何形状，可以利用丰富的多维拓扑转换在零维、一维和二维声学模式之间进行拓扑转换。
2020-03-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Two-Dimensional Inversion Asymmetric Topological Insulators in Functionalized III-Bi Bilayers
对反转非对称拓扑绝缘体（IATI）的研究一直是实现新拓扑现象的一个有效途径。然而，因此，只有少数IATI已被发现，并没有IATI表现出超过0.6 eV的大带隙。利用第一性原理计算，我们预测了一系列新的IATI的饱和III-Bi双层膜。我们表明，所有这些IATI保持非常大的散装带隙，远高于室温，允许在室温自旋电子器件中的可行应用。更重要的是，这些系统中的大多数显示出远远超过0.6 eV的大的体带隙，其中一部分甚至高达~1 eV，这比以往报道的任何IATI都要大。这些系统中的非平凡的拓扑情况被确认的能带结构的带反转和明确的演示的拓扑边缘状态。有趣的是，非平凡的带阶特性是大多数这些材料所固有的，并且不受自旋轨道耦合的影响。由于它们的非对称结构，在这些体系的价带和导带中都产生了显著的Rashba自旋劈裂。这些预测有力地恢复了这些新系统作为基于IATI的新颖应用的优秀候选者。
2015-01-28 cond-mat.mtrl-sci
Even Integer Quantum Hall Effect in Materials with Hidden Spin Texture
本文揭示了中心对称二维材料中隐藏的Rashba自旋轨道耦合通过层间杂化抑制自旋劈裂，导致仅出现偶数整数平台的量子霍尔效应，打破反演对称性则恢复普通量子霍尔流体。
2024-06-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Topological states between inversion symmetric atomic insulators
拓扑绝缘体的特征之一是其体拓扑不变量的值与在有限尺寸样本中观察到的拓扑保护边缘模式的数目之间的对应关系。这种体-边界对应关系已经被很好地测试为强拓扑不变量，并形成了所有拓扑学技术应用的基础。在这里，我们报告说，一组弱拓扑不变量，这只取决于原子晶格的对称性，也诱导一种特殊类型的体边界对应。它预测的存在或不存在的两个反转对称带绝缘体之间的界面上的状态本地化与平凡的值为他们的强不变量，基于空间群表示的频带上的任何一方的结。我们表明，这对应于基于拓扑材料的分类。接口模式通过带拓扑和接口对称性的组合来保护，并且可以用于基于异质结的器件中的拓扑传输和信号操纵。
2021-05-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Enhancement of bulk photovoltaic effect in topological insulators
我们研究了带反转拓扑相变附近材料的位移电流体光伏响应。我们发现，体光电流反转的带反转过渡的方向，其幅度增强附近的相变。这些结果表明，与第一原理DFT计算的BiTeI和CsPbI $_3$在静水压力下，并解释了一个分析模型，表明这种现象仍然是强大的跨不同的材料系统。
2016-09-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Optical investigation of thermoelectric topological crystalline insulator Pb$_{0.77}$Sn$_{0.23}$Se
Pb $_{0.77}$ Sn $_{0.23}$ Se是由PbSe和SnSe两种有前途的热电材料组成的新型合金，在300 K以下表现出温度依赖的带反转。最近的工作表明，这种能带反转也符合平凡到非平凡的拓扑相变。为了理解热电效率的关键属性如何受到能带反转的影响，我们测量了Pb $_{0.77}$ Sn $_{0.23}$ Se的宽带光学响应作为温度的函数。我们发现明确的光学证据的带反转在$160\pm15$ K，并使用扩展的Drude模型，以准确地确定一个$T^{3/2}$依赖的体载流子寿命，与电声声子散射。由于高的体载流子掺杂水平，没有发现拓扑表面状态的区别签名，尽管它们的存在不能从我们的数据中排除。
2014-07-31 cond-mat.mtrl-sci
Hidden interplay of current-induced spin and orbital torques in bulk Fe$_3$GeTe$_2$
磁性范德华材料的低晶体对称性自然地促进了在用于自旋-轨道转矩切换的普通磁性材料中无法实现的自旋-轨道复杂性。在这里，使用第一性原理的方法，我们证明了自旋和轨道自由度的相互作用有深远的影响，在原型范德华铁磁体的自旋-轨道扭矩：Fe $_3$ GeTe $_2$（FGT）。虽然我们表明，散装FGT主机强大的“隐藏”电流引起的扭矩收获的每一层，我们发现，他们的起源交替之间的传统的自旋通量扭矩和所谓的轨道扭矩的磁化方向是不同的。两种类型的转矩的行为中的巨大差异导致掺杂的开关特性的非平凡演变。我们的研究结果促进了非平衡轨道性质的设计，作为指导机制，手工制作的层状范德华材料的自旋轨道力矩的性质。
2022-09-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Direct evidence of hidden local spin polarization in a centrosymmetric superconductor LaO$_{0.55}$F$_{0.45}$BiS$_2$
传统的Rashba自旋极化是由强自旋轨道相互作用（SOI）和空间反转不对称性的组合引起的。尽管LaOBiS $_2$系统具有中心对称的晶体结构，但最近的理论预测LaOBiS系统中存在Rashba和Dresselhaus型自旋分裂态，这是由于激活BiS $_2$层的局域反转不对称性造成的.利用高分辨自旋和角分辨光电子能谱研究了LaO $_{0.55}$ F $_{0.45}$ BiS $_2$的电子能带结构和自旋织构。我们的研究为价带和导带在X点附近的局域自旋极化提供了直接的光谱证据。特别是在导带中首次观察到了类Rashba和类Dresselhaus自旋织构的共存。这一发现对于双栅自旋场效应晶体管（SFET）的制备具有重要意义。此外，自旋分裂带导致自旋-动量锁定费米面，由此出现新的超导性。我们的实验不仅拓展了自旋电子材料的研究范围，而且加深了人们对SOI相关超导性的理解。
2017-05-05 cond-mat.mtrl-sci
Revealing Hidden Inversion Symmetry Breaking in ZrTe$_5$ via Phonon-Assisted Heterodyne Amplification
Beijing National Laboratory for Condensed Matter Physics, Institute of Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院物理研究所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）；International Center for Quantum Materials, School of Physics, Peking University（北京大学物理学院量子材料中心）；Tsung-Dao Lee Institute, Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学汤川研究所）；Zhangjiang Institute for Advanced Study, Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学张江高等研究院）
本文利用太赫兹场诱导二次谐波产生（TFISH）结合声子辅助外差放大，在块体ZrTe$_5$中直接观测到平衡态反演对称性破缺，识别出沿a轴的体极性畸变，为理解其电子和拓扑性质提供了关键结构约束。
2026-09-14 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el physics.optics
Prediction of a controllable Weyl semi-metallic phase in inversion-asymmetric BiSb
最近在非磁性晶体中实验实现了长期寻找的外尔费米子，极大地激励了凝聚态物理学家寻找支持外尔费米子的材料。外尔费米子似乎对未来的电子学非常有前途，通常被称为外尔电子学。在这里，通过第一性原理计算，我们报告了一个化学计量的晶体结构的BiSb的空间反转对称性破缺。这种结构是绝缘体，并具有非平凡的带拓扑结构。我们观察到压力驱动的外尔半金属相变在这个晶体结构。所得Weyl半金属相存在于4.0 - 6.0 GPa压力范围内。我们发现在布里渊区存在6对外尔点，即6个单极子和6个反单极子。具有相反手性的外尔点位于不同的能量值，产生单独的电子和空穴费米面。此外，当利用压力和电场之间的相互联系时，大块BiSb化合物的自旋织构似乎是电可控的。这产生了新的可操纵的拓扑输运性质，在这个系统中，这是非常有前途的实施这种材料在下一代Weyltronics和自旋电子器件。
2016-03-10 cond-mat.mtrl-sci
Hidden integer quantum ferroelectricity in chiral Tellurium
本研究首次提出II型整数量子铁电性，并在手性碲中证实其存在，通过表面引发的逐层切换解释少层铁电现象，且手性反转特性为电场控制结构手性提供新途径。
2025-10-10 cond-mat.mtrl-sci
A hidden bulk polymorph governs charge transport dimensionality in an organic semiconductor
University of Bologna（博洛尼亚大学）；Grenoble Alpes University, CNRS, Grenoble INP, Institut Néel（格勒诺布尔阿尔卑斯大学、法国国家科学研究中心、格勒诺布尔理工学院、内埃尔研究所）；Institute of Solid State Physics, Graz University of Technology（格拉茨工业大学固体物理研究所）；Max Planck Institute for Polymer Research（马克斯·普朗克聚合物研究所）；Ca' Foscari University of Venice（威尼斯卡福斯卡里大学）；Utrecht University（乌得勒支大学）；Leiden University（莱顿大学）
研究发现DNTT存在未被识别的本征多形体，通过X射线衍射等手段证实其在电荷输运维度和载流子效率调控中的作用。
2026-05-01 cond-mat.mtrl-sci
Coupled spin-valley, Rashba effect and hidden persistent spin polarization in WSi$_2$N$_4$ family
实验成功地合成了新型二维材料MoSi $_2$ N $_4$和WSi $_2$ N $_4$，并从理论上预测了各种类似结构。在这里，我们报告的电子性质，特别关注的带分裂WA $_2$ Z $_4$（A=Si，Ge; Z=N，P，As），使用国家的最先进的密度泛函理论和多体微扰理论（在G $_0$ W $_0$和BSE的框架内）。由于反转对称性破缺和强的自旋轨道耦合效应，我们在第一布里渊区（BZ）的拐角处检测到耦合的自旋谷效应。此外，我们观察到立方和线性分裂带周围的$Γ$和M点，分别。有趣的是，面内镜像对称性（$σ_h$）和任意$k$点的约化对称性，强制持续自旋织构（PST）发生在整个BZ。我们诱导Rashba分裂通过打破$σ_h$通过一个面外电场（EEF）。W原子的反转非对称性在中心对称层状体材料中引入了隐藏的自旋极化。因此，自旋层锁定效应，即能量退化的相反自旋空间上分离的顶部和底部W层，已被确定。我们的低能$k.p$模型表明，沿M-K线的PST对EEF和层厚度是鲁棒的，使得它们适合于自旋电子学和谷电子学中的应用。
2022-07-30 cond-mat.mtrl-sci
Spin orbit coupling in bulk ZnO and GaN
利用群论和类Kane-like $\mathbf{k\cdot p}$模型，结合Löwdining配分方法，导出了纤锌矿半导体中电子和空穴的自旋轨道耦合表达式，包括由本征结构反转不对称性引起的线性$k$ Rashba项和由体反转不对称性引起的立方$k$ Dresselhaus项.分别采用最近邻$sp^3$和$sp^3s^\ast$紧束缚模型计算了纤锌矿结构的ZnO和GAN以及闪锌矿结构的GAN的电子和空穴Dresselhaus项系数。
2008-09-20 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Finite-temperature properties and the hidden ferroelectric $R3c$ phase of bulk CaTiO$_3$ from second principles
本文通过第二原理方法研究CaTiO3的有限温度性质及其隐藏的铁电R3c相，揭示其相变序列和稳定性。
2025-12-01 cond-mat.mtrl-sci
NMR in an electric field: A bulk probe of the hidden spin and orbital polarizations
最近的理论工作已经建立了存在于非磁性材料的自旋和轨道纹理与反转对称。在这里，我们建议，这些纹理可以检测到的核磁共振（NMR）测量进行的存在下的电场。在具有隐藏极化的晶体中，均匀的电场产生交错的磁场，该磁场在通过空间反转相关的原子位置处指向相反的方向。结果，对应于反转伙伴核的NMR共振峰分裂成两个峰。分裂的大小与电场成比例，并取决于电场相对于晶轴和外部磁场的取向。作为一个案例研究，我们提出了一个理论的电场诱导分裂的NMR峰的$^{77}$硒，$^{125}$碲和$^{209}$铋在铋$_2$硒$_3$和铋$_2$碲$_3$。在电流密度为$\simeq 10^6\, {\rm A/cm}^2$的导电样品中，Bi的分裂可以达到$100\, {\rm kHz}$，其与NMR谱线的本征宽度相当或更大。为了在实验上观察到这种效应，峰分裂也必须超过奥斯特场产生的线宽。在Bi $_2$ Se $_3$中，这需要半径为$\lesssim 1\, μ{\rm m}$的窄线。我们还讨论了其他潜在的更有前途的候选材料，如SrRuO $_3$和BaIr $_2$ Ge $_2$，其晶体对称性使战略，以抑制由奥斯特场产生的线宽。
2017-12-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Effect of inversion asymmetry on the intrinsic anomalous Hall effect in ferromagnetic (Ga,Mn)As
电子运动的相对论性质的基础上的异常霍尔效应，被认为是占主导地位的铁磁（Ga，Mn）As的固有部分。在本文中，我们集中在晶体的能带结构作为一个重要的方面来描述这种现象。使用不同的k.p和紧束缚计算方案，我们捕获的Berry曲率和异常的霍尔电导率的体反转不对称性的强烈影响。同时，我们发现它不影响（Ga，Mn）As的其他重要特性，即居里温度和单轴各向异性场。我们的结果扩展了铁磁半导体中反常霍尔效应的已有理论，并揭示了其令人困惑的本质。
2010-04-21 cond-mat.mtrl-sci
Non-equilibrium Band Broadening, Gap Renormalization and Band Inversion in Black Phosphorus
黑磷（BP）是一种具有高载流子迁移率、各向异性光学响应和宽带隙可调谐性的层状半导体材料。鉴于其在光电子器件中的应用，理解瞬态光致效应是至关重要的。在这里，我们调查的时间和角度分辨光电子能谱BP在其原始状态和斯塔克分裂的存在下，化学诱导Cs吸附。我们发现，光注入载流子触发带隙重整化和并发的价带衰减造成的泡利阻塞。在偏置样品中，光激发导致数百mV的长寿命（ns）表面光电压，其抵消了Cs诱导的表面能带弯曲。这使我们能够解开散装表面电子状态，并澄清在散装样品中观察到的带反转的机制。
2020-07-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Giant Bulk-Rashba Splitting in Polar Topological Insulator BiSbTeSe$_2$
Jawaharlal Nehru Centre for Advanced Scientific Research（贾瓦哈拉尔·尼赫鲁高级科学研究中心）
该研究发现极性拓扑绝缘体BiSbTeSe₂因失去反演中心产生巨量体Rashba劈裂，其Rashba系数接近GaAs，可用于研究体Rashba与拓扑表面态的自旋电荷输运贡献。
2026-07-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Huge Spin-Driven Polarizations at Room-Temperature in bulk BiFeO3
第一类多铁性材料的自旋驱动极化被预先存在的铁电极化所掩盖。利用第一性原理计算结合自旋模型，我们发现了室温多铁性BiFeO 3中两个隐藏的，但巨大的自旋驱动极化。一个是与全球反演对称性打破了FE扭曲和其他相关的反铁畸变八面体旋转与本地反演对称性打破。与最近的中子散射的比较表明，第一极化达到3.0 $μ$ C/cm $^2$，这是大于任何其他多铁性材料。我们详尽的研究铺平了道路，以揭示各种磁电耦合，产生隐藏的自旋驱动极化在其他I型多铁性。
2015-04-27 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
THz-Driven Coherent Phonon Fingerprints of Hidden Symmetry Breaking in 2D Layered Hybrid Perovskites
本研究利用强太赫兹场相干驱动二维层状混合钙钛矿的晶格动力学，揭示了其隐藏的反演对称性破缺，为同时超快控制光电与自旋电子特性奠定了基础。
2025-03-04 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other physics.optics
Electrically switchable hidden spin polarization in antiferroelectric crystals
在中心对称晶体中，由于每个局部扇区缺乏反转对称性，可以观察到真实空间中可见的自旋分裂，从而出现隐藏自旋极化（HSP）。从紧束缚模型出发，我们介绍了非对称反铁电（AFE）晶体作为一类新的功能材料，可以表现出强的局部自旋极化。这种AFE晶体基本上可以分为面内和面外AFE结构，并且可以通过电场可逆地切换到铁电相以显示全局自旋分裂，从而实现对自旋相关性质的非易失性电控制。基于第一性原理计算，我们预测了一种新发现的二维材料，五层（QL）LiBiO $_2$的AFE相中的强HSP的实现。讨论了QL-LiBiO $_2$的电极化的强度（$\sim$ 0.3 nC/m）、跃迁势垒以及自旋极化的可调谐性。
2020-06-22 cond-mat.mtrl-sci
Tunable Electronic Structure and Surface States in Rare Earth Mono-Bismuthides with Partially Filled f Shell
本文报道了部分填充f壳层的稀土单铋化物的体能带结构和表面态的演化。利用同步辐射光电子能谱，我们确定了三维体能带结构，并确定了X点附近的体能带反转，根据拓扑理论，这些反转可以产生具有奇数个无带隙拓扑表面态的非平凡能带拓扑.在表面伽玛棒点附近，由于其与本体带的强杂化，没有观察到预测的无隙拓扑表面状态的明确证据。在M棒点附近，由于两个不等价的体能带反转的投影，两个表面态相互作用，产生两组特殊的带隙表面态。体带反转和相应的表面状态可以通过改变稀土元素，在很好的协议与密度泛函理论计算假设本地f电子调谐。因此，我们的研究建立了稀土单铋化物作为一类有趣的材料，具有可调的电子性能和磁性，提供了一个有前途的平台，以寻找新的性能在潜在的相关拓扑材料。
2019-02-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Quasiparticle Effects in the Bulk and Surface-State Bands of Bi2Se3 and Bi2Te3 Topological Insulators
采用基于GW近似的第一性原理多体微扰理论研究了Bi2Se3和Bi2Te3拓扑绝缘体的体能带结构和表面态.准粒子自能修正对体能带结构引入了显著的变化，而它们对带隙的影响在带反转区与通常没有带反转的情况相反。参数化的“剪刀运营商”来自批量的研究，然后被用来调查的电子结构的平板模型，表现出拓扑保护的表面状态。包括自能修正的结果显示显着的位移的狄拉克点相对于体带和大的间隙开口的表面状态之间的相互作用所造成的整个薄板，都与实验数据相一致。
2011-08-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Pure Spin Photocurrent in Non-centrosymmetric Crystals: Bulk Spin Photovoltaic Effect
自旋电流发生器是自旋电子学信息处理的关键部件。在这项工作中，我们从理论上和计算上研究了体自旋光伏（BSPV）效应在光照下产生直流自旋电流。BPSV的唯一要求是反转对称破缺，因此它适用于广泛的材料，并且可以很容易地与现有的半导体技术集成。BSPV效应是体光伏（BPV）效应的表亲，由此在光下产生DC充电电流。由于自旋电流和电荷电流的选择规则不同，如果系统具有镜像对称性或反镜像对称性，则可以实现纯自旋电流。对BPSV的机理和电子弛豫时间$τ$的作用也作了阐述。我们将我们的理论应用到几个不同的材料系统，包括过渡金属二硫属化物，反铁磁$\rm MnBi_2Te_4$，和拓扑晶体绝缘体立方$\rm SnTe$的表面。
2021-07-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin-orbit torques in bulk collinear antiferromagnets:complete classifications and the induced spin dynamics
本研究通过磁点群对反铁磁体中的自旋-轨道扭矩进行完整分类，并利用第一性原理计算和 LLG 方程模拟诱导自旋动力学，揭示了电场调控反铁磁序的可能性。
2025-12-11 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
A general route to form topologically-protected surface and bulk Dirac fermions along high-symmetry lines
产生拓扑绝缘体的拓扑非平凡带隙和三维Dirac半金属的孤立Dirac接触点的带反转通常产生于来自不同轨道流形的电子态的交叉。最近，沿着高对称线发生的单轨道流形带反转的概念已经被证明，稳定多个体和表面狄拉克费米子。在这里，我们讨论了实现这些阶段所需的基本成分，并讨论了它们在过渡金属二硫属化物家族中的存在。我们展示了它们的三维能带结构如何自然地只产生小的$k_z$投影带隙，并演示了这些如何在塑造这些材料的表面电子结构中发挥重要作用。我们证明，通过自旋和角度分辨的光电子能谱和密度泛函理论计算，X组TMDs PtSe $_2$和PdTe $_2$的表面电子结构是如何主机多达五个不同的表面状态，每个复杂的能带色散和自旋纹理。最后，我们讨论了如何起源的几个最近实现的拓扑现象的系统以外的TMD，包括铁基超导体，可以理解为一个结果，相同的潜在机制驱动$k_z$介导的带反转的TMD。
2019-02-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Weyl-like points from band inversions of spin-polarised surface states in NbGeSb
能带反转是稳定固体中各种新电子态的关键，从拓扑绝缘体的反转体带隙中的拓扑表面态到形成受保护的三维狄拉克和外尔点以及半金属的拓扑线。在这里，我们创建一个带反转不是体状态，而是表面状态之间的流形。我们意识到这一点的异价替代铌锆和锑的S在ZrSiS家族的非对称半金属。利用角分辨光电子能谱和密度泛函理论，我们展示了如何驱动两对表面态，已知从ZrSiS，在NbGeSb的费米能级附近彼此相交，以及发展明显的自旋轨道介导的自旋分裂。我们演示了如何镜像对称导致保护交叉点在所得的自旋轨道纠缠表面能带结构，从而稳定的表面状态类似物的三维外尔点。更一般地说，我们的观察结果表明，工程拓扑结构和安全性保护的国家通过带反转的表面状态的新机会。
2019-11-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Control of hidden ground-state order in NdNiO$_3$ superlattices
在凝聚态系统中，电荷和自旋自由度与电子相关性的结合导致了一系列丰富的现象，如磁性，超导性和新的传导机制。虽然在体材料中观察到了这种现象，但当这些自由度在原子分层异质结构中受到控制时，可能会出现更丰富的行为，其中可以限制维度并施加界面边界条件。在这里，我们解锁了主机的独特的，隐藏的电子和磁性相变在NdNiO $_3$，同时接近二维（2D）的限制，从不同的尺寸限制和界面耦合的影响。最值得注意的是，我们发现了一个新的阶段，在全二维，单层NdNiO $_3$，其中所有签名的散装磁性和电荷订购被发现消失。此外，对于准二维层的厚度下降到两个单位电池，批量型订购持续，但分开的绝缘行为的发病方式不同的散装或薄膜镍酸盐。使用共振X射线光谱，第一性原理理论和模型计算，我们提出，单层相抑制的结果从一个新的机制，界面电子重建的基础上跨界面的离子性差异，而在多层NdNiO $_3$的相分离出现由于增强的二维波动。这些发现提供了深入了解的相互交织的机制，在强相关的系统中，在减少的维度和说明使用原子分层访问隐藏的阶段的能力。
2018-09-20 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Hidden Moiré Topology of Low-Symmetry Weyl Surfaces
KTH Royal Institute of Technology（皇家理工学院）；University of Science and Technology Beijing（北京科技大学）；Institute of Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院物理研究所）；Politecnico di Milano（米兰理工大学）；Diamond Light Source（钻石光源）；MAX IV Laboratory, Lund University（隆德大学MAX IV实验室）
研究揭示了低对称性韦尔利表面中隐藏的莫尔拓扑，通过最小公倍数框架解释了体投影与多单元干涉的机制，为拓扑材料的动量空间重建提供了新范式。
2025-12-08 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other cond-mat.str-el
Kramers' revenge
空间反转和时间反转对称性的结合导致具有相反自旋的双简并布洛赫态。许多具有这些对称性的晶格可以通过将非中心对称势（缺乏这种简并性）与其反向副本结合来构造。使用简单的模型，我们解开了本地自旋分裂的演变过程中的反转对称性恢复，在存在的自旋轨道相互作用和亚晶格耦合。重要的是，通过对量子力学交换性的分析，我们研究了识别同时空间分离和自旋极化的状态的困难。我们还解释了如何实验探针（如角分辨光电子能谱，或ARPES）的“隐藏的自旋极化”在层状材料中容易受到不相关的自旋分裂本质上引起的破坏反演对称性在表面上。
2018-03-09 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Nonlinear optical responses of semiconducting graphene nanoribbons: Strong constraint from a hidden symmetry
University of California at 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）；Eastern Institute of Technology（宁波东方理工大学）；National Center of Theoretical Sciences（台湾理论科学中心）；Institute of Atomic and Molecular Sciences, Academia Sinica（中央研究院原子与分子科学研究所）
本研究揭示二部晶格粒子-空穴对称性强烈抑制偶数阶非线性光学效应，并在铁磁性石墨烯纳米带中实现可磁场调控的纯自旋位移电流，为自旋电子器件提供新方案。
2026-09-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin Quenching and Transport by Hidden Dzyaloshinskii-Moriya Interactions
本研究揭示单轴反铁磁体中保留全局反演对称性的隐藏Dzyaloshinskii-Moriya相互作用可猝灭磁振子自旋，仅热点处的节点/角点自旋受对称性保护留存，偏置磁场可拓宽其分布实现特征体自旋输运，解释了相关实验并凸显隐藏相互作用的重要性。
2025-01-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
