Crossover between Weak Antilocalization and Weak Localization of Bulk States in Ultrathin Bi2Se3 Films
我们报道了通过分子束外延技术生长的5 nm厚的Bi 2 Se 3拓扑绝缘体薄膜的输运研究。角分辨光电子能谱数据表明，体系的费米能级位于狄拉克点以上的体导带中，表明体态对输运结果有重要贡献.特别地，在高达50特斯拉的平行磁场测量中观察到从弱反定域到体态中的弱定域的交叉。测量的磁阻表现出有趣的各向异性相对于B//和I的取向，标志着内在的自旋轨道耦合在Bi 2Se 3膜。我们的工作直接显示了体态中量子干涉效应从弱反定域到弱定域的交叉。这为我们更好地理解现有的三维拓扑绝缘体和纳米级拓扑绝缘体器件的潜在应用迈出了重要的一步。
2014-07-08 cond-mat.mes-hall
Weak antilocalization in a 2D electron gas with the chiral splitting of the spectrum
基于最近对Si-MOSFET中金属-绝缘体转变的观察，我们考虑了Rashba自旋分裂对电导率的量子干涉修正。对于一个小的分裂，从本地化到反本地化制度的交叉。辛校正揭示了手性分支之间的大分离的限制。讨论了Si-MOSFET中2D电子气的手征劈裂的相关性。
1998-03-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Competition between weak localization and antilocalization in topological surface states
本文给出了磁掺杂拓扑绝缘体表面态的导磁率公式。揭示了磁掺杂在狄拉克点打开一个能隙时，量子输运中弱局域化和弱反局域化的竞争效应。研究发现，虽然随机磁散射总是驱动系统从辛到酉类，间隙可以诱导从弱反局域化到弱局域化的交叉，由费米能量或间隙可调。这种交叉提出了一个独特的功能，表征表面状态的拓扑绝缘体与开放的狄拉克点在量子扩散制度的差距。
2011-08-08 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall
Crossover between weak localization and weak antilocalization in magnetically doped topological insulator
拓扑绝缘体（TI）是一类新型的量子材料，其绝缘体被拓扑保护的金属边界所包围。三维TI的表面态具有自旋螺旋Dirac结构，对时间反演不变扰动具有鲁棒性。这一非凡的性质特别体现在狄拉克费米子不存在背散射和狄拉克费米子的弱反定域（WAL）。通过磁性元素掺杂打破时间反演对称性（TRS）被预测将产生各种奇异的拓扑磁电效应。在这里，我们报告的磁掺杂TI Cr-Bi 2Se 3的运输研究。随着Cr浓度的增加，低温电导表现出从WAL到弱局域化（WL）的特征交叉。在重掺杂的情况下，WL在基态占主导地位，WAL重新进入温度上升，但可以驱动回WL由强磁场。这些复杂的现象可以用Berry相随磁性杂质打开的能隙演化的统一图象来解释。这一工作表明了一种有效的方法来操纵拓扑输运性质的TI表面态的TRS破缺微扰。
2011-03-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Weak antilocalization in HgTe quantum wells and topological surface states: Massive versus massless Dirac fermions
碲化汞量子阱和三维拓扑绝缘体表面支持狄拉克费米子的单谷带色散。在存在的障碍，他们经历弱反定位，这已被观察到在最近的运输实验。本文对碲化汞量子阱和拓扑表面态中的弱反定域进行了比较理论研究。这两个单谷系统之间的差异来自碲化汞量子阱中的有限带隙（有效狄拉克质量），而拓扑绝缘体中的无带隙（无质量）表面态。有限的有效Dirac质量意味着HgTe量子阱中的内部对称性破缺，当t_M大于一定值时，HgTe量子阱中的弱反定域被抑制，且与Dirac质量成反比。这对应于在Cooperon扩散模式中弛豫间隙1/t_M的打开，这是我们从包括相关自旋自由度的Bethe-Salpeter方程获得的。我们表明，弛豫间隙表现出一个有趣的非单调依赖于载流子密度和带隙，消失在这些参数的一定组合。弱反定域电导率反映了这种非单调行为，这是碲化汞量子阱所特有的，而拓扑表面态则不存在。另一方面，拓扑表面态在平行磁场中表现出特定的弱反定域化磁导率，这是由于它们在体相中呈指数衰减。
2011-08-21 cond-mat.mes-hall
Linear magneto-resistance versus weak antilocalization effects in Bi$_2$Te$_3$ films
在硫属拓扑绝缘体材料中，有两种类型的磁电阻效应被广泛讨论：零磁场附近的正磁电阻下降和弱反局域化效应（WAL）以及线性磁电阻效应，这种效应通常持续到高场和高温。我们研究了拓扑绝缘体Bi_2 Te_3薄膜从金属到半导体输运区的磁电阻。虽然在金属样品中，由于WAL与样品的电导率相比很小，WAL难以识别，但MR中的急剧WAL下降明显存在于具有较高电阻率的样品中。为了正确地解释低场MR的量化理论的WAL根据Hikami-Larkin-Nagaoka（HLN）模型，我们发现，经典的（线性）MR效应应该从WAL量子修正分开。否则，单独的WAL拟合在HLN分析中产生不切实际的大系数$α$。
2015-12-29 cond-mat.mes-hall
Weak antilocalization in Cd3As2 thin films
最近，理论预测Cd 3As 2是一种三维Dirac材料，是继拓扑绝缘体之后发现的一种新的拓扑相，它在体相中具有线性的能量色散，且具有无质量的Dirac费米子。在这里，我们报告的低温磁电阻测量的~ 50 nm厚的Cd 3As 2膜。基于二维Hikami-Larkin-Nagaoka（HLN）理论，讨论了垂直磁场下的弱反局域化。基于温度相关的标度行为，电子-电子相互作用被视为退相的来源。当磁场平行于电场时，由于不同电导通道间的强相互作用，在准二维薄膜中也可以观察到弱的反定域。
2016-01-21 cond-mat.mes-hall
Weak Localization and Antilocalization in Topological Materials with Impurity Spin-Orbit Interactions
拓扑材料在实验和理论上都引起了广泛的关注。它们在能带结构（本征）和杂质势（非本征）中都表现出很强的自旋轨道耦合，尽管后者常常被忽略。本文讨论了拓扑绝缘体中无质量狄拉克费米子和Weyl半金属薄膜中有质量狄拉克费米子的弱定域和反定域，同时考虑了内、外自旋轨道相互作用.物理学是由复杂的相互作用的手征自旋纹理，准粒子质量，标量和自旋轨道散射。我们表明，非本征自旋轨道散射的线性项一般存在于所有拓扑材料的布洛赫和动量弛豫时间，和校正的扩散常数是线性的强度的非本征自旋轨道。在TI中，准粒子质量为零，杂质自旋-轨道耦合中的线性项导致弱反局域化校正中可观察到的密度依赖性。他们产生实质性的修改的磁导率，大大不同于传统的HLN公式传统上用于实验拟合，预测从弱本地化到反本地化的外部自旋轨道强度的函数的交叉。相反，我们的分析表明，拓扑绝缘体总是表现出弱的反局域化。在WSM薄膜具有中间到大值的准粒子质量的非本征自旋轨道散射强烈地影响边界的弱本地化反本地化过渡。我们产生了一个完整的相图作为质量和自旋轨道散射强度的函数，这种转变。我们讨论了实验的影响，并提供了一个简短的比较与过渡金属dichalcogenides。
2017-08-15 cond-mat.mes-hall
Phase-coherent loops in selectively-grown topological insulator nanoribbons
普遍的电导涨落和弱的反定域效应是由电子干涉引起的缺陷结构特异性的磁电导指纹。实验证据表明，在本拓扑绝缘体（Bi $_{0.57}$ Sb $_{0.43}$）$_2$ Te $_3$纳米带的电导波动是由明确的和尖锐的解决相位相干环。从不同磁场倾斜角的测量中，我们推断出这些环优先平行于拓扑绝缘体材料的五重层取向。从普遍电导涨落的理论分析和从低温下测量的弱反定域中提取电子的相位相干长度$l_ϕ$，发现前者较大。讨论了这种偏差的可能原因。
2019-07-23 cond-mat.mes-hall
An attractive critical point from weak antilocalization on fractals
本文报道了分形上辛模型的安德森局域化标度流中出现的一个新的吸引人的临界点。安德森局域化的标度理论预言，在无序辛二维系统中，弱的反局域化效应导致金属-绝缘体转变。这种转变的特点是由一个排斥的临界点，高于该系统成为金属。分形在经典极限下具有电导的非整数标度，可以通过改变分形结构来连续调节。我们表明，在无序辛哈密顿定义的分形与经典的电导缩放$g \sim L^{-\varepsilon}$，为$0 < \varepsilon < β_\mathrm{max} \approx 0.15$，金属相被替换为一个临界相的尺度不变的电导依赖于分形维数。我们的研究结果表明，无序分形允许明确的建设和验证的$\varepsilon$扩展。
2015-10-07 cond-mat.mes-hall
Weak antilocalization and electron-electron interaction in coupled multiple-channel transport in a Bi$_2$Se$_3$ thin film
研究了拓扑绝缘体Bi $_2$ Se $_3$薄膜在霍尔栅几何条件下的电子输运性质。该膜的厚度为10 nm的氟金云母和霍尔条器件是由直接在云母基板上生长的膜通过范德华外延生长。在低温下观察并分析了弱反定域效应和电子-电子相互作用效应。从测得的弱反定域化特性提取的相位相干长度显示出较强的幂律增加，随着温度的降低，并在膜中的运输示出发生通过耦合多个（拓扑表面和体状态）通道。薄膜的电导率随温度的降低而呈几何性下降，因此电子-电子相互作用在低温下对薄膜电导率的量子修正中起着主导作用。
2015-12-14 cond-mat.mes-hall
Observation of Anderson localization in ultrathin films of three-dimensional topological insulators
安德森局域化（无序系统中不存在扩散输运）已在许多电子系统中表现为跳跃输运，而在最近发现的拓扑绝缘体中尚未直接观察到它。在这里，我们报告的过渡从弱反局域化制度的扩散输运的安德森局域化制度的可变距离跳跃输运的实验演示与x-ray（Bi $_{1-x}$ Sb $_x$）$_2$ Te $_3$薄膜。随着无序变强，由于弱反定域化的负磁导率逐渐被抑制，并且当电子系统变得强定域化时，最终出现正磁导率。这一工作揭示了无序在双拓扑绝缘体薄膜量子输运性质中的关键作用，理论预言了与拓扑相变相关的丰富物理。
2015-05-20 cond-mat.mes-hall
Conductivity Corrections for Topological Insulators with Spin-Orbit Impurities: A New Hikami-Larkin-Nagaoka Formula
Hikami-Larkin-Nagaoka（HLN）公式[Prog. Theor. Phys.63，707（1980）]描述了对具有抛物线色散的准2D电子气（准2DEG）的磁导率的量子校正。它预测了一个交叉从弱本地化反本地化作为一个功能的散射自旋轨道杂质的强度。本文推导了自旋轨道杂质存在下三维拓扑绝缘体中无质量狄拉克费米子的电导率修正。我们表明，这种校正总是积极的，因此，我们预测弱反本地化的自旋轨道无序的每一个值。此外，对扩散常数的校正在杂质自旋轨道的强度方面是令人惊讶的线性。我们的研究结果要求重新解释的实验适合到目前为止使用的标准HLN公式的3D TI的磁导率。
2015-07-24 cond-mat.mes-hall
Weak antilocalization in partially relaxed 200-nm HgTe films
实验研究了200 nm HgTe薄膜中弱反局域化效应引起的反常磁电阻效应。该薄膜是一种高质量的三维拓扑绝缘体，具有比以前研究的更薄的碲化汞结构更强的表面态空间分离。然而，在对比的薄膜，所研究的系统的特点是由一个减少的部分应变导致的体积能隙几乎为零。它已被证明，在费米能级的所有位置的系统表现出WAL电导率校正叠加在经典的抛物型磁阻。由于载流子的高迁移率，使用弹道WAL理论对所获得的结果进行分析。WAL电导率校正幅度的最大值被发现在费米能级的位置附近的体能隙表明在这些条件下的表面载流子的完全去耦。当体电子或空穴密度增加时，WAL振幅单调减小，这是由于表面载流子和体载流子之间的耦合增加。
2020-06-16 cond-mat.mes-hall
Spin-orbit coupling and weak antilocalization in thermoelectric material $β$-K$_{2}$Bi$_{8}$Se$_{13}$
通过磁电阻（MR）测量研究了自旋轨道耦合（SOC）对热电材料$β$ -K $_{2}$ Bi $_{8}$ Se $_{13}$电子输运性质的影响.我们发现，这种材料中的强SOC导致弱反定域化（WAL）效应，这可以很好地描述的三维弱定域化模型。从理论拟合中提取的相位相干长度表现出幂律温度依赖性，指数约为2.1，表明电子相位退相由电子-横向声子相互作用控制。类似于拓扑绝缘体，$β$ Bi $_{8}$ Se $_{13}$中的WAL效应可以被磁性杂质（Mn）淬灭，但对非磁性杂质（Te）是稳健的。虽然我们的磁输运研究没有提供任何拓扑表面状态的证据，我们的分析表明，SOC在决定$β$ -K $_{2}$ Bi $_{8}$ Se $_{13}$的热电性能中起着重要的作用。
2013-12-20 cond-mat.mes-hall
Weak antilocalization beyond the fully diffusive regime in Pb1-xSnxSe topological quantum wells
本文报道了在弹性散射长度大于磁性长度的新机制下，对Pb_（1-x）Sn_xSe拓扑量子阱中弱反局域化（WAL）的测量和分析.我们通过发展高质量的外延和掺杂的拓扑晶体绝缘体（TCI）量子阱实现这一制度。我们得到的弹性散射长度超过100 nm，并成为可比的磁性长度。在这种输运状态下，Hikami-Larkin-Nagaoka模型不再有效。我们采用Wittmann和Schmid的模型从磁电阻中提取相干时间。我们发现，尽管我们改进的传输特性，相干时间可能会受到限制的散射通道，是不是强烈的载流子依赖性，如电子-声子或缺陷散射。
2020-10-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Probing spatial extent of topological surface states by weak antilocalization experiments
弱反局域化测量已经成为研究拓扑材料中量子相干输运的标准工具。它通常用于提取有关导电通道数和拓扑表面态的退相长度的信息。我们研究了典型拓扑晶体绝缘体SnTe的薄膜。为了获得这些状态的微观特征，我们采用Tkachov和Hankiewicz开发的模型[Physical Review B 84，035444]。利用该模型，通过测量垂直和平行磁场组态中电导率的量子修正，得到了拓扑态的空间衰减。在这个模型中，我们发现两个拓扑边界之间的相互作用，导致在缩放的空间衰减与膜厚度。我们把这种行为归因于散装水库介导的相互作用，散射事件没有相打破的拓扑载流子。
2018-12-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Weak Localization and Antilocalization in Nodal-Line Semimetals: Dimensionality and Topological Effects
新材料，如半导体半金属，为新的传输现象提供了独特的环境。在这里，我们计算的量子修正的电导率在一个无序的半金属。环面形状的费米面和由节环携带的环绕的$π$ Berry通量导致电子扩散的有效维数和能带拓扑之间的迷人的相互作用，这取决于杂质势相对于节环尺寸的散射范围。对于短程杂质势，后向散射由不环绕节环的干涉路径主导，产生3D弱局域效应。相比之下，对于长程杂质势，电子有效地在各种2D平面中扩散，并且后向散射由包围节环的干涉路径主导。后者，导致弱反局域化与二维标度律。我们的结果是一致的对称性考虑，其中两个政权对应的正交和辛类，分别。此外，我们提出了在低温下的实际实验参数的弱场磁导率的计算，并预测明确的标度签名$\propto\sqrt{B}$和$\propto -\ln B$，分别。通过调节费米能级，可以探测到3D弱定域和2D弱反定域之间的交叉，从而给出了该半金属的独特输运特征。
2019-05-02 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
From Weak Antilocalization to Kondo Scattering in a Magnetic Complex Oxide Interface
对电阻的量子修正可以作为材料磁景观的敏感探针。例如，时间反转的电子路径之间的干涉引起弱的局域化效应，这可以提供关于自旋和轨道运动之间的耦合的信息，而近藤效应对自旋杂质的存在敏感。在这里，我们使用低温磁输运测量揭示了从弱反局域化（WAL）近藤散射在SrTiO $_3$和莫特绝缘体NdTiO $_3$之间的界面处形成的准二维电子气的过渡。这种转变随着NdTiO $_3$层厚度的增加而发生。近藤散射和WAL的分析指出，存在原子尺度的磁性杂质共存的扩展的磁性区域，通过强磁交换相互作用影响运输。这导致了不同的磁阻行为，可以作为一个敏感的探针的磁性在两个维度。
2020-07-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Weak antilocalization in epitaxial graphene: evidence for chiral electrons
碳化硅上生长的石墨中的输运主要由界面处的电子掺杂外延层控制。在磁场10 mT $< B <$ 5 T时，二维样品中的弱反定位表现为纵向电阻中的宽尖状凹陷。还观察到在B=0处的非常尖锐的弱局部化电阻峰。这些特征与石墨烯弱（反）局域化理论定量吻合，暗示了样品的手性电子特征。散射的贡献，在衬底中的陷阱电荷和三角形翘曲由于石墨层上的顶部被初步确定。Shubnikov-de Haas振荡非常小，并显示出异常的Berry相位。
2007-03-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Suppressed weak anti-localization in topological insulator - antiferromagnetic insulator (BiSb)$_2$Te$_3$ - MnF$_2$ thin film bilayers
本研究通过分子束外延生长拓扑绝缘体(BiSb)$_2$Te$_3$与反铁磁MnF$_2$的双层薄膜，发现磁邻近效应在狄拉克点打开能隙，抑制弱反局域化，并拟合模型提取了费米速度与相位相干长度。
2024-03-18 cond-mat.mes-hall
Transport Properties of Topological Insulators Films and Nanowires
近几年来，人们对拓扑绝缘体的研究和认识发展迅速。本文在简要总结了拓扑绝缘体的发展历史后，重点介绍了拓扑绝缘体薄膜和纳米线输运实验的最新进展。一些量子现象，包括弱反局域化，Aharonov玻姆效应和Shubnikov de Haas振荡，在这些纳米结构中观察到的描述。此外，超导邻近效应的电子输运证据，以及在拓扑绝缘体/超导体混合结构的异常电阻增强包括在内。
2013-05-28 cond-mat.mes-hall
Robust weak antilocalization due to spin-orbital entanglement in Dirac material Sr$_3$SnO
在固体中同时存在反转（$P$）和时间反转（$T$）对称性导致了电子能带的双简并性（Kramers简并性）。当简并度被提升时，自旋纹理可以在动量空间中直接观察到，如在拓扑绝缘体或强Rashba材料中。然而，Kramers简并的自旋织构的存在是很难直接观察到的。在这里，我们使用量子干涉测量结合第一性原理能带结构计算，以提供证据的反钙钛矿型三维狄拉克材料Sr $_3$ SnO的自旋和动量之间的隐藏纠缠的存在。我们发现强大的弱反本地化（WAL）独立的位置的$E_\mathrm{F}$。在低掺杂下观察到的WAL信号使用单个干涉通道拟合，这意味着不同的狄拉克谷被无序混合。值得注意的是，这种混合不会抑制WAL，这表明与石墨烯相比，干涉物理学形成对比。我们确定轴向自旋动量锁定状态之间的散射作为一个关键的过程，导致自旋轨道纠缠，从而产生强大的WAL。我们的工作揭示了自旋和赝自旋的微妙作用，当两者都可以有助于相同的量子效应。
2019-12-10 cond-mat.mes-hall
Signatures of dephasing by mirror-symmetry breaking in weak-antilocalization magnetoresistance across the topological transition in Pb$_{1-x}$Sn$_{x}$Se
许多导体，包括最近研究的狄拉克材料，在降低温度时表现出相干长度的饱和。这种令人惊讶的现象归因于外部噪声、残留磁性杂质或特定于非晶态固体的两能级系统。在这里，通过考虑SnTe类化合物作为一个例子，我们从理论上表明，打破镜像对称恶化贝里的相位量化，导致额外的失相弱反局域化磁阻（WAL-MR）。我们的WAL-MR的实验研究证实了这些理论预期在（111）Pb $_{1-x}$ Sn $_x$ Se薄膜与Sn含量$x$对应的拓扑晶体绝缘体和拓扑平凡相。特别是，我们发现故意打破镜像对称性的样品中的相位相干长度的缩短。我们的研究结果表明，量子输运现象的普遍性类的分类应包括，除了时间反演和自旋旋转不变性，在特定的系统中的空间对称性。
2021-06-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Linear magnetoresistance in topological insulators: Quantum phase coherence effects at high temperatures
除了在低温和低磁场下观察到拓扑绝缘体的磁电阻（MR）中的弱反定域尖点之外，我们还发现Bi_2 Te_2Se的高场MR在磁场中是线性的。在B= 14 T的磁场下，这种线性MR的斜率在T=7 ~ 150 K范围内几乎与温度无关。我们发现，线性MR来自对数相位相干分量和二次分量之间的竞争。量子相位相干性在高温下占主导地位，其中相干长度保持长于电子的平均自由程。
2013-01-04 cond-mat.mes-hall
Quantum electrical transport properties of topological insulator Bi2Te3 nanowires
在磁输运研究中，我们研究了拓扑绝缘体Bi 2 Te 3纳米线表面电子的量子输运性质。尽管纳米线是通过使用相对粗糙的电化学沉积方法合成的，但由于高度相干的表面电子通道，观察到0和pi相的清晰Aharonov-Bohm振荡。振荡幅度与温度呈指数关系，表明相位相干长度L_phi与温度成反比，与准弹道系统一样。此外，一个弱的反本地化分析的表面通道，通过使用一维本地化理论，使成功提取的表面贡献的磁导数据，提供了支持的温度依赖性的L_phi。
2015-10-31 cond-mat.mes-hall
Quantum Coherent Transport in SnTe Topological Crystalline Insulator Thin Films
拓扑晶体绝缘体（TCI）是一种独特的系统，其中由晶体镜像对称性保护的能带反转导致多种拓扑表面态。二元SnTe是一种有吸引力的无铅TCI化合物，目前的高质量薄膜的工作提供了一种途径，提高迁移率和降低载流子密度的SnTe没有化学掺杂。量子相干磁输运测量的结果揭示了狄拉克表面状态的多样性是独特的TCI。弱反局域化的建模显示的变化，在提取的载体谷，反映了相干谷间散射的作用，耦合不同的狄拉克态的退化TCI表面上的数量。
2014-12-03 cond-mat.mes-hall
Extremely large non-saturating magnetoresistance and ultrahigh mobility due to topological surface states in metallic Bi2Te3 topological insulator
本文研究了Bi_2 Te_3单晶在高、低体载流子浓度下的弱反局域化效应。在低载流子密度下，WAL曲线与磁场的法向分量成比例，表明拓扑表面状态在磁导率中占主导地位。在高载流子密度下，WAL曲线既不随外加场也不随其法向分量而缩放，这意味着体导电和表面导电的混合。由于拓扑表面状态的WAL显示不依赖于本体载流子的性质（电子或空穴）。在具有较低载流子密度的样品中观察到的极大的非饱和磁阻和磁阻迁移率进一步支持了表面态的存在。利用Hikami-Larkin-Nagaoka公式计算了表征WAL效应的物理参数。在高载流子浓度下，与低载流子浓度相比，存在更多数量的传导通道和相位相干长度的减小。拓扑绝缘体具有极大的磁电阻和高迁移率，在磁电传感器和存储器件中具有重要的技术价值。
2017-04-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Topological delocalization and tuning of surface channel separation in Bi2Se2Te Topological Insulator Thin films
三维拓扑绝缘体（TI）的表面态具有抗后向散射的拓扑保护作用。然而，体电子对输运数据的贡献是表面拓扑保护的一个障碍。我们报告的化学势的调谐在大块的Bi 2 Se 2 Te TI薄膜，钉扎它附近的中心的散装带隙，从而抑制散装载流子。这些薄膜的温度依赖性电阻显示出低至50K的活化行为，随后在较低温度下发生金属转变，这是TI表面态稳健性的标志。用二维弱反定域化现象解释了拓扑保护和表面支配输运的表现。在这项工作中，我们进一步探讨了TI中的表面到体耦合的效果，这是由参与运输的有效导电表面通道的数量捕获的。单个导电通道的存在表明强的表面到体耦合，这对纯拓扑输运是有害的。我们证明了在薄膜的相对表面上的拓扑表面态的解耦，从而抑制了体输运。我们的研究结果提供了一个更深入的了解，随着拓扑输运行为和它们各自的可调性的表面到体耦合。
2016-12-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Proximity effect between a topological insulator and a magnetic insulator with large perpendicular anisotropy
我们报道了一种原型拓扑绝缘体Bi $_{2}$ Se $_{3}$的薄膜可以外延生长到BaFe $_{12}$ O $_{19}$（BaM）的（0001）表面上，BaFe $_{12}$ O $_{19}$（BaM）是一种具有高居里温度和大的垂直各向异性的磁性绝缘体。在非磁性衬底上生长的Bi $_2$ Se $_3$薄膜中，经典的弱反局域化（WAL）在垂直磁场下表现为尖形正磁阻（MR），在平行磁场下表现为抛物线形正磁阻;而在Bi $_{2}$ Se $_{3}$ /BaM异质结构中，低场MR表现为抛物线形，在垂直磁场下为正磁阻，在平行磁场下为负磁阻。的磁场和温度依赖性的MR被解释为由于在Bi $_{2}$ Se $_{3}$ /BaM界面的强磁相互作用的抑制WAL的结果。
2015-04-08 cond-mat.mes-hall
Magneto-resistance up to 60 Tesla in Topological Insulator Bi2Te3 Thin Films
本文报道了用脉冲激光沉积法生长的拓扑绝缘体Bi_{2} Te_{3}薄膜的磁输运性质。在低温下，在几特斯拉到60特斯拉的磁场范围内，观察到非饱和线性磁阻（MR）。我们证明了在高场下强的类线性磁共振可以很好地理解为Hikami-Larkin-Nagaoka理论所描述的弱反定域化现象。我们的分析表明，在我们的系统，一个拓扑绝缘体，弹性散射时间可以比自旋轨道散射时间长。我们简要地讨论了我们的狄拉克费米子物理和“量子线性磁阻”的背景下的结果。
2012-12-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electrically tunable surface-to-bulk coherent coupling in topological insulator thin films
我们研究了由拓扑绝缘体（TI）Bi 2Se 3薄膜图案化的密度可调微器件中的相干输运。该器件表现出明显的电场效应，包括开/关比为500%的电阻双极调制。我们发现，弱反局域化（WAL）校正电导是敏感的相干耦合通道的数量，其中在TI包括顶部和底部表面和散装载流子。通过施加栅极电压和在升高的温度下，这些被分离成相干独立的通道。我们的结果是一致的模型，其中通道分离是由相干时间和表面-体散射时间之间的竞争。
2012-01-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Low temperature Hall effect in bismuth chalcogenides thin films
铋硫族化合物是研究最多的三维拓扑绝缘体。作为一项规则，在低温下，这些材料的薄膜表现出积极的磁电阻，由于弱的反局域化。弱反局域化应导致电阻率在低温下下降，然而，在实验中，电阻率随着温度的降低而增加。从几个薄膜（具有不同的载流子密度，厚度和载流子迁移率）的传输测量，并通过使用纯唯象的方法，没有微观理论，我们表明，低温电阻率的增长伴随着霍尔系数的增长，与扩散电子-电子相互作用的校正机制。我们的数据合理地解释了低温电阻率上升。
2016-12-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Josephson Effect and Charge Distribution in Thin Bi$_2$Te$_3$ Topological Insulators
拓扑绝缘体材料的薄层是准二维系统，其特征在于量子限制和拓扑能带结构之间的复杂相互作用。为了理解载流子的空间分布在电输运中的作用，我们研究了底栅薄Bi $_2$ Te $_3$拓扑绝缘体薄膜中的约瑟夫森效应、磁输运和弱反局域化，并将实验载流子密度与基于自洽薛定谔-泊松方程的模型进行了比较，发现两者具有很好的一致性。该模型允许定量解释的弱反本地化校正的传导和约瑟夫森结的临界电流的弱链接从这样的电影没有任何特设的假设。
2019-12-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Observation of nonlinear planar Hall effect in magnetic insulator/topological insulator heterostructures
将拓扑绝缘体与磁性绝缘体相连接已被广泛用于研究拓扑表面态与磁性之间的相互作用。以往的输运研究通常将弱反定域的抑制或异常霍尔效应的出现解释为施加于TI的磁邻近效应（MPE）的特征。本文报道了生长在MI铥和钇铁石榴石（TmIG和YIG）衬底上的Bi_2Se_3薄膜中的非线性平面霍尔效应（NPHE）的观察结果，其非线性平面霍尔效应比生长在钆镓石榴石（GGG）衬底上的Bi_2Se_3薄膜大一个数量级。TmIG/Bi_2Se_3的非线性霍尔电阻与外加磁场成线性关系，而YIG/Bi_2Se_3的非线性霍尔电阻在零磁场附近有一个额外的磁滞回线。发现NPHE的大小与载流子密度成反比。我们推测所观察到的NPHE与MPE诱导的交换能隙开放和TI表面态的面外自旋织构有关，这可以用作MI/TI异质结构中MPE的另一种输运特征。
2022-09-16 cond-mat.mes-hall
Fluctuation-dominated quantum oscillations in excitonic insulators
本研究从理论上分析激子绝缘体中的 de Haas-van Alphen 效应，指出超越平均场的量子涨落可主导并显著增强绝缘态量子振荡，甚至超过对应无隙体系。
2023-02-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Anomalous Topological Phases and Unpaired Dirac Cones in Photonic Floquet Topological Insulators
提出了一种基于交错螺旋晶格的光子Floquet拓扑绝缘体及其Floquet能带结构的有效数值计算方法。晶格支持反常Floquet拓扑绝缘体相，具有消失的陈数和可调的拓扑跃迁。在拓扑转变的临界点，能带结构主机一个单一的不成对的狄拉克锥，这产生了各种不寻常的输运效应：一个离散的模拟锥形衍射，弱反局域化不受谷间散射，抑制安德森局域化。与以前的设计不同，有效规范场强度可以通过晶格参数（如螺旋间距离）控制，从而显著降低辐射损耗并实现可切换拓扑波导等应用。
2016-06-07 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Weak Localization Effects as Evidence for Bulk Quantization in Thin Films Bi2Se3
拓扑绝缘体中强的自旋-轨道耦合导致了其磁电阻中普遍存在的弱反定域特性。在这里，我们提出的超薄膜的拓扑绝缘体Bi_2Se_3的磁阻测量，并表明，在2D量子极限，其中的拓扑绝缘体散装成为量子化，一个额外的负磁阻功能出现。详细的分析将这一特征与量化的体通道的弱局部化相关联，从而为这种量化提供证据。在不同温度下的退相场的检查表明不同的散射机制在体与表面状态。
2014-03-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Two band transport and the question of a metal-insulator transition in GaAs/GaAlAs two dimensional holes
对GaAs/AlGaAs异质结中二维空穴的磁输运进行了理论和实验研究。重空穴带的自旋轨道分裂表现在两个Shubnikov-de Haas频率的高载流子密度，经典的正磁阻和弱反局域化。后一种效应与自旋轨道分裂带之间的非弹性散射相结合，导致金属特性，即电阻随温度增加。在较低的密度下，当分裂小于逆弹性散射时间时，两个带有效地合并以产生预期的绝缘特性和负磁阻，这是由于对电导率的弱局部化和相互作用修正。在中间密度的“金属到绝缘体”的转变被发现是一个平滑的过渡之间的两个制度，而不是量子相变。常规干涉和相互作用效应的双波段计算在整个参数范围内都能很好地解释数据。
2001-09-25 cond-mat.mes-hall
Proximity-induced superconductivity and quantum interference in topological crystalline insulator SnTe thin film devices
拓扑晶体绝缘体代表了一种新的物质状态，其中电子输运由镜像对称保护的狄拉克表面态控制。由于这些表面态的螺旋自旋极化，拓扑晶体物质与附近超导体的接近被预测会诱导非常规的超导性，从而主持马约拉纳物理学。我们报道了在拓扑晶体绝缘体SnTe薄膜上图案化的Nb基超导量子干涉器件的制备和表征。SnTe薄膜表现出弱的反定域性和SQUID全能隙邻近感应超导的弱连接。这两个属性给出了120 nm的一致相干长度。磁场诱导的SQUID振荡具有2 $π$周期性，可能由体电导率决定。
2017-06-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Transport in topological insulators with bulk-surface coupling: Interference corrections and conductance fluctuations
出于实验困难，以生产拓扑绝缘体（TI）的Bi $_2$ Se $_3$家庭与纯表面态导电，我们研究的效果，体可以对低温输运性质的门控薄膜TI。特别是，我们专注于干扰校正，即弱本地化（WL）或弱反本地化（WAL），和电导波动（CFs）的基础上，一个有效的低能哈密顿量。利用图解微扰理论，我们首先分析了体和表面分别和随后讨论WL/WAL和CF时，隧道耦合的介绍。我们确定相关的软扩散模式的耦合系统，并使用这种见解，同时预测在各种参数制度的干扰校正和电导波动。结果强烈表明，这两个量的组合测量可以提供一个更好的理解的物理基础的低温运输过程中的薄TI膜与体表面耦合。
2018-12-28 cond-mat.mes-hall
Detecting Perfect Transmission in Josephson Junctions on the Surface of Three Dimensional Topological Insulators
我们考虑三维拓扑绝缘体纳米线表面的约瑟夫森结。我们发现，在平行磁场的存在下，纳米线上的短结显示出能够支持马约拉纳费米子的完美传输模式的签名。在费米子宇称反常存在或不存在的情况下，这种特征都出现在电流-相位关系中，当考虑临界电流作为通量Φ的函数时，这种特征最为显著，在Φ=h/2 e处表现出峰值。在低但有限的化学势的无序存在下，峰尖锐，可以很容易地从弱反定域效应中解脱出来。峰值也在小但有限的温度下存活，并且代表了完美传输的现实和强大的标志，以及电线内部马约拉纳物理学的出现。
2013-05-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Two-dimensional quantum transport of multivalley (111) surface state in topological crystalline insulator SnTe thin films
研究了（111）取向SnTe单晶薄膜的磁输运特性。采用分子束外延技术在BaF2衬底上外延生长了SnTe（111）薄膜。通过优化薄膜的生长条件和厚度，可以降低体载流子密度，使表面输运检测成为可能。在磁导测量中，观察到了零磁场附近的尖点特征，这是由于拓扑表面态输运的弱反定域效应造成的。对这种负MC的详细分析揭示了有助于表面输运的输运通道的数量减少，表明SnTe（111）表面上的狄拉克谷之间存在强耦合，这是TCI的多通道结构中输运的特征。
2015-08-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Surface dominated transport in single crystalline nanoflake devices of topological insulator Bi1.5Sb0.5Te1.8Se1.2
我们报道了拓扑绝缘体Bi 1.5 Sb 0.5 Te 1.8 Se 1.2单晶纳米片器件中表面主导输运的实验证据。电阻率测量显示纳米片器件和大块单晶之间的显著差异。基于双通道模型的电阻率和霍尔分析表明，在200 nm厚的BSTS纳米片器件中可以实现~99%的表面输运贡献。使用具有SiO2作为介电层的标准底栅，在用100 - 200 nm厚的薄片制造的器件中观察到明显的双极电场效应。此外，具有596 nm的厚度的纳米片装置的角度依赖性磁阻被拟合到所施加的磁场的垂直分量的通用曲线。通过二维弱反定域拟合得到的相位相干长度值进一步证实了表面主导输运。我们的结果为基于拓扑螺旋表面态的新型电子和自旋电子器件的实现开辟了一条道路。
2013-03-17 cond-mat.mes-hall
Finite-temperature conductivity and magnetoconductivity of topological insulators
拓扑绝缘体的电子输运实验面临着一个两难的选择。磁导率的负尖点被广泛认为是拓扑表面态的量子输运特征，这些拓扑表面态不受局域化的影响，并且表现出弱的反局域化。然而，当温度降低时，测得的电导率下降，表现出与普通无序金属一样的弱局域化的典型特征。本文在同时考虑电子-电子相互作用和量子干涉的情况下，给出了无质量和有质量狄拉克费米子的电导率公式，它是磁场和温度的函数.该公式通过明确阐明电导率的温度依赖性由相互作用主导，而磁导率主要由量子干涉贡献来调和这一困境。该理论为定量研究拓扑绝缘体和其他二维Dirac类系统（如石墨烯、过渡金属二硫属化物和硅烯）中的输运铺平了道路。
2014-04-08 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Enhanced electron dephasing in three-dimensional topological insulators
研究电子系统中的退相现象不仅对探索电子系统的基态性质具有重要意义，而且对利用量子相干性进行信息处理也具有重要意义。与传统的金属和半导体相比，目前还不清楚哪种机制是三维（3D）拓扑绝缘体（TI）中电子退相的主要原因。在这里，我们报告使用弱反局域化效应来测量高度可调的（Bi，Sb）$_2$ Te $_3$薄膜的退相速率。由于运输是不同的从体导电制度的表面占主导地位的运输，观察到的退相速率演变从线性温度依赖性的次线性幂律依赖。虽然前者与普通2D系统中常见的奈奎斯特电子-电子相互作用一致，但后者导致在低温下增强的电子退相，并且归因于3D TI中的表面态和局部电荷池之间的耦合。
2017-07-13 cond-mat.mes-hall
Weak localization of bulk channels in topological insulator thin film
弱反定域化（WAL）预计每当强自旋轨道耦合或散射开始发挥作用。拓扑绝缘体的体态中的自旋轨道耦合非常强，足以导致拓扑相变。然而，最近观察到的WAL在拓扑绝缘体似乎有一个模糊的起源从体态。从三维拓扑绝缘体的有效模型出发，我们发现拓扑绝缘体薄膜的最低二维体子带可以用修正的质量Dirac模型来描述.我们推导了二维体子带和表面带的磁导率公式。由于相对较大的间隙，2D体子带可能位于其中也期望幺正行为或甚至弱局域化（WL）的区域中，而不是总是WAL。因此，体态可能贡献小的磁导率，甚至补偿来自表面态的WAL。当体WL通道的数量超过表面WAL通道时，可能会出现磁导率曲线的拐点，从而提供来自体状态的弱局部化的签名。
2011-09-30 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall
Tunable quantum interference effect on magnetoconductivity in few-layer black phosphorus
在这项研究中，我们发展了一个系统的弱局域化/反局域化理论，充分考虑到系统的各向异性和Berry相，并将其应用到各相的少层黑磷（BP），它具有高度各向异性的电子结构，电子间隙的大小可调甚至为负值。推导了一般各向异性系统中Bethe-Salpeter方程的Cooperon近似，揭示了在少层BP的不同阶段存在各种量子干涉效应，包括从弱局域化到反局域化的交叉.我们还预测，在半狄拉克转变点的磁导率将表现出一个非平凡的幂律依赖于磁场，而按照传统的对数场依赖的二维系统在绝缘体和狄拉克半金属相。值得注意的是，即使在强各向异性系统中，磁导率和玻尔兹曼电导率之间的比率也与方向无关。最后，我们根据系统的对称性讨论了少层BP量子修正的可调性。
2020-05-31 cond-mat.mes-hall
Kondo insulator SmB6 under strain: surface dominated conduction near room temperature
SmB 6是一个强关联的混合价Kondo绝缘体，具有新发现的表面态，被认为是非平凡的拓扑起源。然而，表面态仅在T ~* ~ 4K以下主导电导，限制了其科学研究和器件应用。在这里，我们报告的T * 在SmB 6的拉伸应变的应用下的增强。与0.7%的拉伸应变，我们报告的表面占主导地位的导电在高达240 K的温度下，持久的应变后，即使已被删除。这可以解释的框架中的应变调谐的时间和空间波动的f-电子配置，这可能通常适用于其他混合价材料。我们注意到，在潜在的器件应用中，这种应变量可以通过衬底在外延SmB 6膜中诱导。
2017-02-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Signatures of long-range-correlated disorder in the magnetotransport of ultrathin topological insulators
在双拓扑绝缘体（TI）薄膜中，TI表面态会出现一个杂化能隙，当化学势在杂化能隙内时，系统将成为平凡绝缘体或量子自旋霍尔绝缘体。然而，在这里，我们表明，这些绝缘状态被破坏的存在下，一个大的和远程相关的无序势，将预期的绝缘体转化为金属。我们进行运输测量，双栅拓扑绝缘体薄膜作为温度，栅电压，和磁场的函数，我们观察到一个金属样的，非量子化的电导率，表现出弱的反定域化一样的尖在低磁场，并让位于一个非饱和的线性磁阻在大的领域。我们解释了这些结果考虑的无序网络的电子和空穴型水坑引起的带电杂质。我们认为，从理论上说，这种无序可以产生绝缘体到金属的过渡作为增加无序强度的函数，我们推导出的带隙和杂质浓度的条件，观察绝缘状态。我们还解释了线性磁电阻在强烈的空间波动的本地电导率，使用数值模拟和理论的缩放参数。
2018-08-08 cond-mat.mes-hall
Spin-helical transport in normal and superconducting topological insulators
在拓扑绝缘体（TI）中，电子输运的特征从材料内部的绝缘到其表面附近的金属而变化。然而，与普通金属不同的是，TI中的导电表面态是拓扑保护的，并且其特征在于自旋螺旋性，由此电子自旋的方向被锁定到动量方向。在本文中，我们回顾了选定的主题，最近的理论和实验工作的电子输运和相关现象在二维（2D）和三维（3D）TI。本文重点介绍了碲化汞量子阱中的量子自旋霍尔效应以及3DTI的输运性质，如表面弱反定域、半整数量子霍尔效应、s + p波诱导超导、超导Klein隧穿、拓扑Andreev束缚态和相关的Majorana中隙态。TI的这些性质具有实际意义，指导着拓扑自旋电子学路线的探索。
2012-11-30 cond-mat.mes-hall
Fabrication of high-quality topological insulator nanodevices from bulk-insulating air-sensitive Sb-Bi$_2$Se$_3$
High Magnetic Field Laboratory of Anhui Province, HFIPS, Chinese Academy of Sciences（安徽省高磁场实验室，合肥物质科学研究院，中国科学院）
研究通过室温制备工艺保持Sb-Bi$_2$Se$_3$的低载流子密度，实现高质量拓扑绝缘体纳米器件，观测到量子干涉振荡和弱反局域化特征。
2026-07-03 cond-mat.mes-hall
Surface state dominated spin-charge current conversion in topological insulator/ferromagnetic insulator heterostructures
本文报道了在室温下用分子束外延技术在钇铁石榴石薄膜上生长的三维拓扑绝缘体薄膜--Bi_2Se_3和（Bi，Sb）_2 Te_3中观察到的铁磁共振驱动的自旋泵浦信号。通过系统地改变Bi 2Se 3膜的厚度，我们表明，自旋-电荷转换效率，其特征在于由逆Rashba-Edelstein效应长度（lambda_IREE），随着膜厚度从2个五重层增加，饱和以上6个五重层显着增加。这表明在拓扑绝缘体/铁磁体异质结构中，表面态在自旋和电荷相互转换中起主导作用。通过对一系列YIG/（BiSb）2 Te 3异质结的研究，进一步证实了我们的结论。最后，我们使用铁磁共振线宽展宽和反Rashba-Edelstein信号来确定有效的界面自旋混合电导和lambda_IREE。
2016-07-13 cond-mat.mes-hall
Quantum and Classical Magnetoresistance in Ambipolar Topological Insulator Transistors with Gate-tunable Bulk and Surface Conduction
在拓扑绝缘体（TI）中，弱反局域化（WAL）和线性磁电阻（LMR）是两种最常见的磁电阻（MR）现象，它们通常被归因于Dirac拓扑表面态（TSS）。然而，存在模糊性，因为这些现象也可能来自体状态（通常在许多TI中进行显著的传导），并且即使在非TI材料中也可以观察到。在这里，我们展示了背栅双极TI场效应晶体管的（Bi0.04Sb0.96）2Te3薄膜生长的SrTiO 3（111），表现出大的载流子密度可调性（近2个数量级）和金属绝缘体的转变，在散装（允许有效地切断散装传导）。将费米能级从体能带调谐到TSS强烈地增强了WAL（将量子相干通道的数量从一个增加到大约两个峰值）和LMR（将其斜率增加高达10倍）两者。SS增强的LMR伴随着强烈的非线性霍尔效应，这表明电荷不均匀性（以及相关的经典LMR）的重要作用，尽管现有的LMR模型不能捕捉到我们数据的所有方面。我们系统的门和温度相关的磁输运研究提供了更深入的了解MR现象的性质，并揭示了TI相关材料的体和TSS运输之间的差异。
2014-02-19 cond-mat.mes-hall
