Electron scattering in a superlattice of line defects on the surface of topological insulators
采用传输矩阵方法，对具有六角弯曲效应的拓扑绝缘体表面周期线缺陷的电子散射进行了理论研究。由于动量交换作用下弯曲能线的不对称性，在两个垂直方向上研究了表面线缺陷作为结构波纹对电子传输的影响。的透射曲线和细节的共振峰，随缺陷的数量和它们的电位的强度是强烈地依赖于线缺陷延伸的方向。在低能量下，入射和反射的传播电子之间的量子干涉对透射共振起主要作用，而在高能量下，由于强烈的翘曲效应，在等能轮廓上也出现了多次散射过程。通过增加线缺陷之间的空间间隔，电导的最小值在低入射能量下保持显著高，而随着缺陷数量的增加，最小值可以在高能量下接近零。我们的研究结果表明，拓扑绝缘体表面的电位波纹可以用来控制这些材料的局部电子性质。
2020-07-25 cond-mat.mes-hall
Electronic states induced by nonmagnetic defects in two-dimensional topological insulators
我们研究了二维拓扑绝缘体中具有短程势的缺陷引起的带隙电子态，并追踪了它们随缺陷与边界距离变化的演化。发现远离边界的缺陷产生两个束缚态，与其势的符号无关。这些态被分为类电子态和类空穴态。这些状态中的每一个可以具有两种类型的电子密度的空间分布。第一类态的中心密度最大，第二类态的中心密度最小。当缺陷与边界耦合时，束缚态相应地转变为两种共振态，并呈现出边缘态的形式。在一定条件下，两个共振干涉引起的边缘状态流动周围的缺陷的连续谱嵌入的束缚态的形成。我们计算了缺陷周围流动的边缘态电子密度的空间分布，并估计了缺陷附近积累的电荷。在缺陷周围流动的边缘态电流密度场包含两个分量，一个分量在缺陷周围流动，另一个分量在缺陷周围循环。
2015-02-12 cond-mat.mes-hall
Surface states scattering from a step defect in topological insulator Bi_{2}Te_{3}
用量子力学方法研究了具有强弯曲效应的拓扑绝缘体$\mathrm{Bi}_{2}\mathrm{Te}_{3}$表面直台阶缺陷的一般散射问题。在翘曲效应大的高能量下，沿$Γ-\mathrm{M}$方向行进的台阶缺陷上的入射电子可以表现出完美的透射，而沿$Γ-\mathrm{K}$方向行进的缺陷上的入射电子具有有限的被反射的概率，并且甚至可以表现出共振全反射。在后一种情况下，传输特性对是否存在粒子-空穴对称性也非常敏感。预测的Friedel振荡和幂律衰减行为的局域态密度（LDOS）附近的缺陷是在最近的扫描隧道显微镜实验$\mathrm{Bi}_{2}\mathrm{Te}_{3}$很好的协议。表面态的高能量LDOS也显示出由竞争特征散射过程引起的多周期Friedel振荡。
2012-07-06 cond-mat.mes-hall
Surface Step Defect in 3D Topological Insulators: Electric Manipulation of Spin and Quantum Spin Hall Effect
研究了垂直磁场作用下三维拓扑绝缘体中台阶缺陷对表面态的影响。通过计算表面态的能谱，发现朗道能级（LLS）可以形成在表面的平坦区域，并且远离台阶缺陷，在台阶缺陷的侧面出现多个子带。连接到两个第零个LL的子带是自旋极化的和手性的。特别地，当电子输运沿着侧表面时，电子自旋方向可以由栅极电压任意操纵。即使电子自旋方向改变，也不会发生反射。这提供了一个迷人的途径来控制电子自旋容易和连贯。此外，对于高LL指数的子带，存在自旋动量锁定螺旋态，并出现量子自旋霍尔效应。
2018-04-05 cond-mat.mes-hall
Topological Zero-Dimensional Defect and Flux States in Three-Dimensional Insulators
在绝缘晶体中，先前已经证明，比块体少两个维度的缺陷可以束缚拓扑电子态。在这里，我们进一步扩展拓扑缺陷状态的分类，通过证明整数Burgers矢量的晶体缺陷的角落可以绑定0D高阶端（HEND）状态与异常电荷和自旋。我们证明了HEND状态是本体电子结构的内在拓扑后果，并引入了新的本体拓扑不变量，预测固态材料中的HEND位错状态。我们证明了存在一阶0D缺陷状态的PbTe单层和HEND状态的3D SnTe晶体。我们把我们的分析与绝缘晶体中的磁通量插入联系起来。我们发现，$π$通量管的反转和时间反转对称（螺旋）高阶拓扑绝缘体绑定Kramers对自旋电荷分离HEND状态，这代表了异常的表面半量子自旋霍尔态的可观察到的签名。
2022-10-06 cond-mat.mes-hall
Bound states at partial dislocation defects in multipole higher-order topological insulators
体-边界对应关系是拓扑绝缘体的一个标志，它将材料的体拓扑性质与鲁棒边界态的存在联系起来。然而，在晶体拓扑材料中，绝缘间隙中的边界态的存在并不总是必要的，因为它们可以隐藏在体能带中，被非拓扑起源的边界伪影所掩盖，或者在高阶拓扑的情况下，它们可以完全被间隙化。至关重要的是，在这样的系统中，受保护的拓扑结构和相应的对称性缺陷之间的相互作用可以提供各种各样的体探针来揭示它们的拓扑性质。例如，体晶体学缺陷（诸如向错和位错）已经被示出为在由晶体对称性保护的绝缘体中结合分数电荷和/或鲁棒的局部束缚态。最近，被称为部分位错的平移对称性的奇异缺陷被提出作为高阶拓扑的探针。然而，这是一个艰巨的任务，有实验控制的产生和探测孤立的缺陷，在固态系统，因此，它们的使用作为一个散装探针的拓扑结构面临着许多挑战。相反，在这里，我们表明，高阶拓扑结构的部分位错探针非常适合工程材料的背景。事实上，我们提出的第一个观察部分位错诱导的拓扑模式在2D和3D高阶拓扑绝缘体从基于电路的谐振器阵列。虽然旋转缺陷（向错）以前已被证明表明高阶拓扑结构，我们的工作提供了第一个实验证据，外来的平移缺陷（部分位错）是散装拓扑探针。
2021-05-03 cond-mat.mes-hall
Bulk-Defect Correspondence in Particle-Hole Symmetric Insulators and Semimetals
具有基的晶格可以容纳共享相同拓扑电荷的晶体缺陷（例如~位错的Burgers矢量$\vec b$），但是它们的核心的微观结构不同。我们证明，在绝缘体与粒子-空穴对称性和奇数轨道每个网站，微观细节极大地影响电子结构：修改可以创建或湮灭非平凡的束缚态与相关的分数电荷。我们发现，这一观察是有关的二聚链的末端模式的行为，并讨论如何在这些更复杂的情况下，从拓扑不变量预测的末端或缺陷状态。此外，使用明确的蜂窝晶格的例子，我们解释了束缚态的空缺，位错和向错是如何相互关联的，以及如何在节点半金属，如石墨烯出现类似的功能。
2013-10-28 cond-mat.mes-hall
Long-range perturbation of helical edge states by nonmagnetic defects in two-dimensional topological insulators
研究了在轴向自旋对称性破缺的一般情况下，二维拓扑绝缘体中螺旋边缘态（HESs）与量子点缺陷束缚态之间的隧道耦合所形成的电子态.结果表明，单缺陷与束缚态的耦合可以形成由束缚态和一组常规束缚态组成的复合束缚态。它们在缺陷附近的谱密度相对于束缚态的能级有共振位移。但最重要的是一个远程扰动的缺陷，这是一个云组成的两个克拉默合作伙伴的常规边缘状态周围的HESs。因此，每个复合HES包含右移动和左移动的常规HES。这种扰动的幅度与距缺陷的距离成反比地减小。在多缺陷系统中，这种微扰导致了由HESs介导的不同缺陷的束缚态之间的长程耦合，并引起了惊人的效果。我们研究了这些影响的两个缺陷系统，其中所提出的间接耦合机制导致分裂的孤立缺陷的共振，即使它们之间的距离是非常大的。结果，出现了双峰共振的不对称结构，其非常不寻常地随着缺陷之间的距离而变化。
2021-04-27 cond-mat.mes-hall
Bulk-Boundary Correspondence in a Non-Hermitian Chern Insulator
将一维拓扑绝缘体的非厄米体-边界对应的方案应用于非厄米陈氏绝缘体，以研究其对二维系统的适用性。这种情况下采用修改的周期性边界条件下的体几何形状和开放边界条件下的边界几何形状。体几何用于定义拓扑数，而边界几何用于观察拓扑边界状态的存在或不存在。它表明，散装边界对应持有在一个二维陈绝缘体与增益/损失型非厄米性;一个非平凡的陈数在散装几何计算是在一对一的对应关系与存在的拓扑边界状态的边界几何。这种方法使我们能够确定边界几何中的相图。
2021-03-01 cond-mat.mes-hall
Mapping the effect of defect-induced strain disorder on the Dirac states of topological insulators
我们提供了一个详细的微观表征的影响，缺陷引起的障碍上的狄拉克频谱的三维拓扑绝缘体。通过空间分辨朗道能级光谱测量，我们揭示了狄拉克点能量以及狄拉克费米子速度的纳米尺度波动的存在，发现电子和空穴的空间变化方向相反，分别。这些结果证明了一种超出现有的基于化学势波动的情况。这些发现一致地解释了考虑缺陷引入的局部应变的微观效应，我们的模型计算表明，缺陷有效地耦合到拓扑状态，在很大的能量范围内重塑其Dirac-like色散。特别是，我们的研究结果表明，存在的微观空间变化的污点，不可避免地存在于晶体中，因为随机分布的缺陷，有效地耦合到拓扑状态，并应仔细考虑正确描述的无序的影响。
2016-09-08 cond-mat.mes-hall
Bulk and edge spin transport in topological magnon insulators
我们研究了拓扑磁振子绝缘体的自旋输运性质。拓扑磁振子绝缘体是一种具有拓扑非平凡体磁振子带和位于体带隙中的受保护磁振子边缘模的磁性绝缘体。采用Landau-Lifshitz-Gilbert唯象理论，计算了在有和没有随机晶格缺陷的情况下，金属间自旋积累不平衡驱动的自旋电流通过正常金属$|$拓扑磁振子绝缘体$|$正常金属异质结.我们表明，散装和边缘运输的特点是不同的长度尺度。这导致了一个特征系统的大小，其中磁振子输运从小系统的体积主导跨越到较大系统的边缘主导。这些发现是通用的和相关的拓扑运输系统的非保守玻色子。
2018-02-15 cond-mat.mes-hall
Bulk-boundary correspondence in three dimensional topological insulators
讨论了三维无相互作用拓扑绝缘体的体拓扑不变量与表面态谱的关系。通过研究特定的模型，并考虑一般的边界条件的电子波函数在晶体表面上，我们表明，使用实验技术，探测表面状态，只有强拓扑和平凡的绝缘相可以区分;后者的状态被等效为一个弱的拓扑绝缘体。在强拓扑绝缘体中，只有表面态数目的{ \it宇称}，而不是表面态数目本身，对时反不变边界扰动是鲁棒的。我们的研究结果表明，$\z$定义的体积边界对应，兼容的$\z$分类的拓扑绝缘体。
2011-08-10 cond-mat.mes-hall
Bulk--boundary correspondence in a non-Hermitian quantum spin-Hall insulator
本文将基于修正周期边界条件的非厄米体-边界对应场景扩展至非厄米量子自旋霍尔绝缘体，证明其能正确描述该系统的体-边界对应，且导出的相图与开放边界条件下的谱一致。
2023-11-22 cond-mat.mes-hall
Surface magnetic ordering in topological insulators with bulk magnetic dopants
我们发现，一个三维的拓扑绝缘体掺杂磁性杂质的散装可以有一个政权的表面是磁有序的，但散装不是。这与常规材料形成对比，在常规材料中，本体有序相通常比表面有序相更坚固。这种差异源于拓扑绝缘体的拓扑保护无间隙表面状态特征。我们研究的问题，使用平均场的方法在两个具体的模型，给出相同的定性结果，有一些有趣的差异。我们的研究结果可以帮助解释最近的实验结果显示出现的光谱间隙掺杂Mn或Fe原子的Bi2Se3的表面状态，但没有可测量的体磁性。
2012-02-08 cond-mat.mes-hall
Effects of Defects and Dephasing on Charge and Spin Currents in Two-Dimensional Topological Insulators
利用非平衡Keldysh Green函数方法，研究了缺陷对二维拓扑绝缘体（TI）电子结构和输运性质的影响。我们演示了如何在拓扑保护的边缘和体状态之间的空间电荷流的变化，并表明，弹性和非弹性散射缺陷，保持TI的时间反演对称性，导致定性不同的影响TI的局部电子结构和它的输运性质。此外，我们表明，最近预测的通过磁缺陷破坏TI的时间反演对称性来产生高度自旋极化电流的能力[Phys. Rev. B 93，081401（2016）]对于包含Rashba自旋轨道相互作用和失相的影响是稳健的，并且不受TI参数变化的影响。我们讨论了如何在对称操作下，如反向偏置和栅极电压，或空间反射的诱导自旋电流的符号的变化。最后，我们表明，洞察到的磁缺陷的拓扑结构和对称性之间的相互作用，可以用于创建新的量子现象，如高度本地化的磁场内TI。
2016-09-06 cond-mat.mes-hall
Conductance suppression by nonmagnetic point defects in helical edge channels of two-dimensional topological insulators
我们研究了在二维拓扑绝缘体中，当存在能产生束缚态的临界点缺陷时，自旋对称性破缺的螺旋边缘通道中的电子背散射和电导抑制。在这个系统中的边缘和束缚态的隧穿耦合的结果在形成复合螺旋边缘状态，其中所有四个合作伙伴的两个Kramers对传统的螺旋边缘状态和束缚态的混合。后向散射被认为是电子的非弹性两粒子散射的结果，这是在这些复合状态。在这种方法中，我们发现，即使缺陷只产生一个能级，也会发生足够强的背散射。这种效应是由复合态之间的电子跃迁引起的，其能量接近束缚态能级。研究了单个缺陷散射引起的量子化电导偏离随温度和费米能级的变化。结果被推广到散射的情况下，由许多不同的缺陷与能级分布在带隙。在这种情况下，电导偏差证明是相当强的，即使在足够低的缺陷密度与实验相当。有趣的是，在某些条件下，电导偏差的温度依赖性在很宽的温度范围内变得很弱。
2021-04-26 cond-mat.mes-hall
Phase Diagram of a Non-Hermitian Chern Insulator: Destabilization of Chiral Edge States and Bulk-Boundary Correspondence
具有增益/损耗型非厄米性的非厄米性陈氏绝缘体显示出奇特的能隙闭合;当非平凡的陈氏绝缘体相变为无能隙相时，由于手征边缘态的不稳定，导带和价带合并为一个带。以前的配方的非厄米体边界对应是不够的，因为这样的差距关闭超出了它的范围。在这里，我们修改的配方，考虑到特殊的间隙关闭，并将其应用到非厄米陈绝缘体。我们证明了体边界对应持有的系统，包括手性边缘状态的不稳定。从体边界对应的相图示出与系统的光谱一致。
2022-04-09 cond-mat.mes-hall
Observation of trapped fractional charge and topological states at disclination defects in higher-order topological insulators
拓扑晶体绝缘体（TCI）可以表现出独特的、量子化的电学现象，如分数电极化的强度和边界局域分数电荷。这种量化的分数电荷是用于识别缺乏稳健光谱特征（包括具有高阶拓扑结构的特征）的TCI的通用可观察量。已经预测，分数电荷也可以在晶体缺陷破坏TCIs的晶格结构的情况下显现，从而潜在地提供晶体拓扑结构的本体探针。然而，这种能力尚未得到证实，在实验中，因为测量的电荷分布在TCIs一直没有访问，直到最近。在这里，我们实验证明，向错缺陷可以强大的陷阱分数电荷在TCI超材料，并表明，这种被困的电荷可以指示非平凡的高阶晶体拓扑结构，即使在没有任何光谱签名。此外，我们发现了被困电荷和拓扑束缚态的存在之间的连接定位在这些缺陷。我们测试这些拓扑特征的鲁棒性时，保护晶体对称性被打破，并发现一个单一的强大的束缚态可以定位在每个向错旁边的分数电荷。我们的研究结果表明，向错缺陷在TCIs中可以鲁棒地捕获分数电荷以及拓扑束缚态，并进一步证明分数电荷作为晶体拓扑探针的首要地位。
2020-04-27 cond-mat.mes-hall
Orbital Magnetization in Insulators: Bulk vs. Surface
有限块物质的轨道磁矩用单体密度矩阵表示为简单迹线。我们解决一个宏观系统，绝缘的散装，我们表明，它的轨道时刻是一个散装长期和表面长期，广泛的总和。后者只发生在横向电导率为非零时，并归因于导电表面状态。对一个模型哈密顿量的模拟验证了我们的理论。
2016-03-22 cond-mat.mes-hall
Electronic standing waves on the surface of the topological insulator Bi2Te3
金属表面上的线缺陷在电子局域态密度（LDOS）中引起驻波。在远离线缺陷处，LDOS振荡的波数通常等于费米等值线嵌套段之间的距离，并且LDOS振荡的包络线在远离线缺陷处呈现幂律衰减。在这里，我们从理论上分析的LDOS振荡接近线缺陷的表面上的拓扑绝缘体Bi 2 Te 3，并确定一个重要的前渐近贡献与波数和衰减特性显着不同的渐近贡献。表征前渐近LDOS振荡的波数与来自扫描隧道显微镜实验的最新数据很好地一致[Phys. Rev. Lett. 104，016401（2010）]。
2012-09-10 cond-mat.mes-hall
Bulk spin conductivity of three-dimensional topological insulator
我们在Kubo形式下研究了三维拓扑绝缘体体态的自旋电导率。自旋霍尔效应是产生垂直于所施加电压的自旋电流。在三维拓扑绝缘体的情况下，沿$x$方向施加的电压产生沿$y$和$z$方向具有可比值的横向自旋电流。我们发现，由于能带的反转，在带隙区存在一个有限的非普适自旋电导率值。顶点修正对自旋电导率的贡献增强了填充态的自旋电导率。这些发现解释了在拓扑绝缘体中观察到的大自旋电导率。
2020-12-30 cond-mat.mes-hall
Selective probing of photo-induced charge and spin dynamics in the bulk and surface of a topological insulator
拓扑绝缘体具有完全不同的自旋轨道耦合体和表面电子光谱，每个预测表现出奇异的光响应。在这里，我们报告的时间分辨的基本和二次谐波光学泵浦探测测量的拓扑绝缘体Bi 2 Se 3独立测量其光致电荷和自旋动力学与体积和表面选择性。我们的研究结果表明，在拓扑绝缘体中，光在体相和表面都可以诱导出一个瞬态的净自旋密度，这可能驱动自旋输运。通过利用一种新的旋转各向异性分析，我们能够分别解决自旋去极化，带内冷却和带间复合过程后的光激发，这表明，自旋和电荷的自由度放松在非常不同的时间尺度上，由于强的自旋轨道耦合。
2011-08-09 cond-mat.mes-hall
Impact of Step Defects on Surface States of Topological Insulators
精确求解了拓扑绝缘体表面沿$x$或y轴存在台阶缺陷时的本征态。结果表明，与传统金属中的电子态不同，跨SD的拓扑表面态可以产生自旋旋转。自旋旋转的幅度取决于SD的高度和方向。局域态密度（LDOS）振荡的特征在于在较高能量下连接六边形恒能轮廓上的两点的波矢量。在较大的正（负）偏置电压下，SD沿y轴引起的振荡周期是SD沿x轴引起的振荡周期的$\sqrt 3$（$\frac{1}{\sqrt 3}$）倍。随着偏置电压的增加，振荡周期变小，对SD的强度不敏感。在费米面附近的较低能量，两种类型的波矢共存的LDOS调制。这些结果是一致的定性与最近的观察扫描隧道显微镜。
2011-10-17 cond-mat.mes-hall
Bulk-boundary correspondence of topological insulators from their Green's functions
拓扑绝缘体是一种无相互作用的、带隙的费米子系统，具有无隙的边界激发。它们的特点是拓扑不变量，可以用许多不同的方式来写，包括格林函数。在这里，我们表明，存在的边缘状态直接遵循的存在的拓扑不变量的格林函数，所有10类拓扑绝缘体在所有的空间维度。我们还表明，由此产生的边缘状态的特点是由自己的拓扑不变量，其值等于体绝缘体的拓扑不变量。这可以用于测试给定的模型哈密顿量是否可以描述拓扑绝缘体的边缘。最后，我们观察到，这里讨论的结果同样适用于相互作用的拓扑绝缘体，有一定的修改。
2011-08-25 cond-mat.mes-hall
Ambipolar transport in bulk crystals of a topological insulator by gating with ionic liquid
我们报道了拓扑绝缘体的大块单晶的离子液体门控可以控制表面载流子的类型，甚至导致双极输运。这是可能的，通过使用一个高度体绝缘的BiSbTeSe 2系统，其中的化学势位于接近表面狄拉克点和中间的体带隙。由于使用了离子液体，通过门控控制表面化学势可以在三维样品的整个表面上进行，为拓扑绝缘体开辟了新的实验机会。此外，我们的数据表明，存在一个几乎可逆的电化学反应，导致散装载流子掺杂到晶体中的离子液体门控过程中。
2012-08-22 cond-mat.mes-hall
The Coexistence and Decoupling of Bulk and Edge States in Disordered Two-dimensional Topological Insulators
研究了无序二维拓扑绝缘体中边态和体态共存于同一费米能级时的散射和局域化性质。由于边缘-体背散射（拓扑或对称性不禁止\emph{a priori}），安德森无序使边缘和体态不可分割地局域化。提出了两种方法来有效地解耦它们，并恢复鲁棒传输。第一种退耦来自长程无序，因为边缘态和体态在$k$空间中被很好地分离。第二个是来自边缘门，由于边缘状态在实空间中的边缘性质。后者可以用于电调谐安德森绝缘体和拓扑鲁棒导体之间的系统，即，拓扑晶体管的实现。
2014-03-18 cond-mat.mes-hall
The Bulk-Hinge Correspondence and Three-Dimensional Quantum Anomalous Hall Effect in Second Order Topological Insulators
手征铰链模是三维二阶拓扑绝缘体的重要特征。在这里，我们提出了一个四极杆指数相结合的板陈数在散装表征流动模式的手征铰链模式沿铰链在样品的表面的交叉点。我们进一步利用拓扑场论证明了手征铰链模与四极指数和平板陈数的对应关系，并给出了手征铰链模导致的三维量子反常霍尔效应的图像.这两个体拓扑不变量可以在电输运和磁光实验中测量。用这种方法，我们建立了三维二阶拓扑绝缘体的体铰链对应。
2021-02-24 cond-mat.mes-hall
Bulk Topological Invariants in Noninteracting Point Group Symmetric Insulators
我们调查各种量子化体物理观测在二维和三维拓扑带绝缘体平移对称和晶体点群对称（PGS）下不变。在二维绝缘体中，我们证明了：（i）$C_n$不变绝缘体的陈数可以通过计算布里渊区中高对称点处对称算子的本征值来确定，直到$n$的倍数;（ii）还确定$C_n$不变绝缘体的陈数，直到$n$的倍数，通过非相互作用多体系统的Slater行列式的$C_n$本征值和（iii）在具有二面角点群$D_n$的绝缘体中陈数为零，并且量子化的电极化的强度是这些绝缘体的拓扑不变量。在三维绝缘体中，我们发现：（i）只有点群$C_n$，$C_{nh}$和$S_n$ PGS的绝缘体可以有非零的三维量子霍尔系数和（ii）只有不适当的旋转对称的绝缘体可以有量子化的磁电极化$P_3$在项$P_3\mathbf{E}\cdot\mathbf{B}$，在绝缘体（介质）的电动力学的轴子项。
2012-11-14 cond-mat.mes-hall
A-geometrical approach to Topological Insulators with defects
利用坐标变换方法研究了具有不同旋量取向性的电子的传输。拓扑绝缘体的特征在于布里渊区中的取向性的奇数次变化。对于亏损，可定向性的变化发生在实空间中的闭轨道上。这两种情况的特点是非平凡的自旋连接。利用这种方法，我们导出了三维拓扑绝缘体中拓扑缺陷的自旋连接形式。在拓扑绝缘体的表面上，刃位错的存在引起由扭转控制的自旋连接。我们发现，电子沿二维区域和封闭的圆形轮廓传播。我们计算了边缘位错的隧穿态密度。边缘位错违反宇称对称性，导致由表面上自旋的面内分量测量的电流。
2011-12-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
Surface Scattering via Bulk Continuum States in the 3D Topological Insulator Bi$_{2}$Se$_{3}$
我们对三维拓扑绝缘体Bi $_{2}$ Se $_{3}$的表面进行了扫描隧道显微镜和微分隧道电导（$dI/dV$）的测量.快速傅立叶变换应用到$dI/dV$图像显示狄拉克节点附近的电子干涉图案，尽管一般认为，背散射被很好地抑制在体能隙区域。实验结果与理论表面和体能带结构的比较表明，电子干涉是通过狄拉克节点附近的表面态与体连续态之间的散射发生的。
2011-09-29 cond-mat.mes-hall
Bulk effects on topological conduction on the surface of 3-D topological insulators
拓扑绝缘体在微调磁场中的表面态是实现防止无序的拓扑金属的理想候选者。它的特征是：（1）在精细调谐的纵向磁场中长导线的电导平台和（2）电导率总是随样品尺寸而增加，并且两者都与无序强度无关。我们数值研究这些实验运输签名是如何受到影响的体积物理在内部的拓扑绝缘体样品。我们表明，这两个签名的拓扑金属是强大的对批量效应。然而，大体积确实大大加速了金属在磁场中的衰变，并改变了其对表面无序的反应。当无序强度被调谐到与体能带共振时，电导率遵循标度理论的预测，表明传导是扩散的。在其他无序强度的大部分减少了表面无序和缩放理论的影响是系统地违反，信号传导是不完全扩散。这些效应将改变表面电导率和磁导率的大小。
2014-06-13 cond-mat.mes-hall
The effect of magnetic impurity scattering on transport in topological insulators
拓扑绝缘体中的电荷输运主要以所谓的拓扑投影螺旋边缘态为特征，其中载流子在自旋和动量方面相关。原则上，这些边缘态可以携带无耗散电流，因为只要时间反演对称性不被破坏，来自杂质和缺陷的背散射就被抑制。然而，所施加的磁场或衬底中的潜在核自旋缺陷可以破坏这种时间反转对称性。特别是，磁性杂质导致自旋翻转过程的背散射。我们已经调查了逐点磁性杂质的螺旋边缘状态的BHZ模型中使用非平衡格林函数形式主义的输运性质的影响，并比较结果的半解析方法。利用这些技术，我们研究了杂质强度和自旋杂质极化的影响。我们观察到的缺陷-缺陷相互作用的二次效应，这取决于下面的材料参数，引入一个非单调响应的电导缺陷密度。这反过来又表明在稀释和高密度自旋杂质限制的磁输运签名的质的差异。
2021-10-21 cond-mat.mes-hall
Interplay of bulk and edge states in transport of two-dimensional topological insulators
研究了两端金属/量子自旋霍尔绝缘体（QSHI）/金属结中的输运性质。我们表明，电导信号来自散装和边缘的贡献是不加性的。而对于长结的传输是由边缘状态的贡献，对于短结，电导信号是建立从体和边缘状态的比例，这取决于样品的宽度。此外，在拓扑绝缘体状态下，短结的电导显示出作为样品长度的函数的非单调行为。令人惊讶的是，电导的这种非单调行为可以追溯到一个有效的传播解决方案，这是强大的标量无序的形成。我们的预测应该在碲化汞量子阱和铋$_2$硒$_3$薄膜实验验证。
2011-12-22 cond-mat.mes-hall
Photogalvanic effect in HgTe/CdTe topological insulator due to edge-bulk optical transitions
理论上研究了二维HgTe/CdTe量子阱拓扑绝缘体（TI）在频率高于平衡费米能级与导带底之差（THz范围）的圆偏振光照射下的特性。我们发现，电子-空穴的不对称性的结果在边缘和体状态之间的自旋相关的电偶极跃迁，我们预测的圆形光电流的发生。如果边缘状态隧道耦合到导体，则可以通过测量导体中的电动势（EMF）来检测光电流，电动势与光电流成比例。
2015-09-21 cond-mat.mes-hall
Zitterbewegung and bulk-edge Landau-Zener tunneling in topological insulators
本文研究了二维拓扑绝缘体中的弹道zitterbewegung动力学和边缘态与体态之间的Landau-Zener隧穿。在散装，我们使用的埃克塞特定理表明，一个外部的平面内电场不仅漂移的包纵向，但也引起了横向有限侧跳平凡和拓扑制度。对于宽度为$W$的有限带，我们表明，当大的$W$与$W^{-3/2}$的电场诱导耦合衰减时，体态和边缘态之间的朗道-齐纳隧穿消失。这一点可以通过将含时薛定谔方程扩展到休斯顿态来证明。因此，我们不能像Phys.Rev.B87，161115（2013）中提出的那样，将量子自旋霍尔态描绘为从zitterbewegung体轨迹“泄漏”到边缘态中产生的。
2018-10-15 cond-mat.mes-hall
Bulk-Free Topological Insulator Bi2Se3 nanoribbons with Magnetotransport Signatures of Dirac Surface States
拓扑绝缘体（TI）的许多应用以及新现象需要具有减小的尺寸的器件。虽然已经取得了很大的进展，实现薄膜的TI具有低的体载流子密度，纳米结构还没有报道具有类似的性能，尽管事实上，尺寸限制应有助于减少贡献的体载流子。在这里，我们证明了Bi2Se3纳米带，生长通过一个简单的无催化剂的物理气相沉积，具有固有的低体载流子密度，并可以进一步通过尺寸限制散装自由，从而揭示了高流动性的拓扑表面状态。磁输运和霍尔电导测量，在单一的纳米带，表明，在厚度低于30 nm的体输运被完全抑制，这是支持自洽的带弯曲计算。结果突出了材料生长和几何约束的重要性，以适当地利用拓扑表面状态的独特性质。
2019-03-22 cond-mat.mes-hall
Theory of topological excitations and metal-insulator transition in reentrant integer quantum Hall effect
可重入整数量子霍尔效应（RIQHE）是由于电子晶体的形成。我们分析和数值计算表明，在这些晶体中的电荷密度分布在附近的带电缺陷的拓扑纹理强烈地减少载流激发所需的能量。该理论定量地解释了RIQHE态中实验观察到的绝缘体-金属尖锐跃迁。RIQHE中的绝缘体到金属的转变表现为拓扑带电缺陷的热力学非束缚转变。
2017-05-15 cond-mat.mes-hall
Helical bound states in the continuum of the edge states in two dimensional topological insulators
研究二维拓扑绝缘体中嵌入边缘态连续体的束缚态。这些状态出现在耦合到边界的结构缺陷的短程电位的存在下。在这种情况下，边缘态围绕缺陷流动，并且在局域态密度中具有两个共振。当共振态接近简并度时，由于共振态的干涉而产生连续束缚态（BIC）。我们找到了BIC出现的条件，研究了电子密度的空间分布，表明BIC具有螺旋结构，电子流围绕缺陷循环。
2015-05-07 cond-mat.mes-hall
Robust topological insulator surface conduction under strong surface disorder
拓扑绝缘体的特点是在其外边界上有特殊保护的传导。我们发现，2-D拓扑绝缘体（也陈氏绝缘体）所表现出的保护边缘导电是独立的非磁性边界无序。特别是，即使当边缘状态的不均匀性破坏了能量和动量之间的特征线性狄拉克关系时，位于体隙内部的边缘状态仍然是导电的。边界无序对带隙内态的主要影响是降低费米速度，增加态密度，如果自旋守恒，则将态拉入无序区，并且在非常大的无序下将态移动到无序边缘和干净体之间的边界。这些效果，这可能是有用的设备工程，控制无序的边缘和散装带之间的共振。共振的能量由体带宽度设定;带隙边缘态的平面波特性的保护由体带宽度控制，而不是体带隙。
2013-05-17 cond-mat.mes-hall
Edge accumulation and currents of moment in 2D topological insulators
这封信分析了2D拓扑绝缘体边缘的体自旋（矩）电流和自旋（矩）积累，并考虑了边缘的反射。积累只发生在边缘状态，这将拓扑绝缘体与常规绝缘体区分开来。带连续可以支持横向体自旋（矩）电流，但它不受拓扑陈数，并可能存在于传统的绝缘体。没有与体电流相关的边缘积累。
2010-07-24 cond-mat.mes-hall
Probing the interplay between surface and bulk states in the topological Kondo insulator SmB$_6$ through conductance fluctuation spectroscopy
我们目前的预测近藤拓扑绝缘体材料钐$_6$的单晶电阻波动谱的结果。我们的测量结果表明，在低温下，在这个系统中的传输只发生通过表面状态。在这个温度范围内的测量噪声出现由于普遍电导波动，其统计被发现是一致的，在辛对称类的二维系统的理论预测。在较高的温度下，我们发现签名的玻璃动力学，并建立所测量的噪声是由流动性波动在散装。我们发现，不同于拓扑绝缘体的dichalcogenide家庭，在表面和体导电沟道的SmB $_6$的噪声是完全不相关的。我们的测量结果表明，在足够低的温度下，大部分没有明显的贡献，使之成为一个理想的平台，用于探测物理拓扑表面状态的SmB $_6$的电输运。
2017-05-29 cond-mat.mes-hall
Giant orbital Hall effect due to the bulk states of 3D topological insulators
本研究聚焦三维拓扑绝缘体的轨道霍尔效应，发现其体态引发的轨道霍尔效应比自旋霍尔效应高最多3个数量级，为提升拓扑绝缘体/铁磁体器件转矩提供了优化方向。
2025-06-17 cond-mat.mes-hall
Signatures of Topological Superconductivity in Bulk Insulating Topological Insulator BiSbTe$_{1.25}$Se$_{1.75}$ in Proximity with Superconducting NbSe$_2$
在s波超导体和三维拓扑绝缘体（3D-TI）之间的界面处，超导性和自旋动量锁定的组合被预测将产生可以容纳Majorana费米子的奇异p波拓扑超导相。然而，以前研究的3D-TI样品的大体积电导率和3D大块超导体与2D拓扑表面状态之间的费米能级失配阻碍了重大进展。在这里，我们采用块状绝缘拓扑绝缘体与二维超导体NbSe $_2$通过范德华外延组装。实验测得的微分电导产生不寻常的功能，包括双间隙频谱，一个固有的不对称性，消失与小的平面内磁场和微分电导纹波的偏置显着大于超导能隙。我们解释我们的结果的基础上的邻近诱导超导的拓扑表面状态，同时也考虑拓扑平凡的超导性所产生的Rashba型表面状态的可能性。我们的工作表明，获得p-波超导体的邻近效应体绝缘TI的可能性。
2019-11-17 cond-mat.mes-hall
Bulk-edge correspondence of Stiefel-Whitney and Euler insulators through the entanglement spectrum and cutting procedure
该研究针对受$PT$对称保护的二维Stiefel-Whitney与Euler绝缘体，提出非常规体边对应关系，发现非零拓扑类对应无能隙纠缠谱，并关联切割过程的能隙闭合点。
2023-08-23 cond-mat.mes-hall
Bulk-impurity induced noise in large-area epitaxial thin films of topological insulators
我们报告了一个详细的研究低频1/f噪声在大面积分子束外延生长薄（10 nm）的拓扑绝缘体薄膜作为温度，栅电压和磁场的函数。当费米能级在体价带内时，温度依赖性揭示了体带隙中缺陷态的产生-复合噪声的明显特征。然而，当费米能量被调谐到体带隙时，噪声的栅极电压依赖性表明，表面输运中的电阻波动是由相关的迁移率数密度波动引起的，所述相关的迁移率数密度波动是由于存在于密度为D $_{it}=3.2\times10^{17}$ cm $^2$ eV $^{-1}$的拓扑绝缘体晶体的体中的激活的缺陷态引起的。在存在磁场的情况下，这些材料中的噪声遵循抛物线依赖性，这在定性上类似于非简并掺杂平凡半导体中的迁移率和电荷密度波动噪声。我们的研究表明，即使在厚度低至10 nm的（Bi，Sb）$_2$ Te $_3$的薄膜中，本征体缺陷也是噪声的主要来源。
2018-09-26 cond-mat.mes-hall
The influence of a single defect in composite gate insulators on the performance of nanotube transistors
采用紧束缚近似下的非平衡格林函数方法计算了圆柱栅电极碳纳米管场效应晶体管（CNFET）的电流。计算结果与实验数据吻合较好。众所周知，空间辐射和核辐射会引起固体中的缺陷。用理论方法计算了长沟道p型CNFET栅氧化层中单个缺陷引起的随机电报信号（RTS）噪声幅度。我们调查的RTS噪声的幅度是如何影响的栅极绝缘体的复合结构，其中包含一个内部绝缘体的介电常数大于3.9和一个外部绝缘体的介电常数为3.9（作为二氧化硅）。结果表明，随着内栅绝缘层厚度的减小，RTS幅值明显增大。如果内绝缘体太薄，即使其介电常数大到80，由Q = +1e的电荷引起的RTS噪声的幅度在导通区域中可能达到约80%。由于碳纳米管场效应晶体管中缺陷的强烈影响，碳纳米管场效应晶体管具有用于空间辐射或核辐射探测的潜力。
2014-03-14 cond-mat.mes-hall physics.comp-ph
Temporal and Dose Kinetics of Tunnel Relaxation of Non-Equilibrium Near-Interfacial Charged Defects in Insulators
本文主要是致力于数学方面的建模和模拟隧道弛豫的非平衡带电氧化物陷阱位于/附近的界面绝缘体导电沟道，例如在辐照MOS器件。隧道退火响应函数的一般形式是从带电缺陷建立和退火的速率方程推导出的，作为具有不同时间常数的不同缺陷的响应的线性叠加。利用这种线性响应函数，分析和讨论了一些重要的实际问题。结合隧道和热或RICN退火，功率一样的时间松弛后，一个单一的离子罢工到栅极氧化层，描述的一般方法的上下文中。
2015-04-17 cond-mat.mes-hall physics.space-ph
Topological Defects and Gapless Modes in Insulators and Superconductors
我们开发了一个统一的框架来分类的空间调制布洛赫和Bogoliubov德Gennes哈密顿描述的绝缘体和超导体的拓扑缺陷。我们考虑哈密顿量H（k，r），随着缺陷周围的绝热参数r缓慢变化，并且属于由时间反演对称性和粒子-空穴对称性定义的十个对称类中的任何一个。这种缺陷的拓扑类被确定，并提出了明确的拓扑不变量的公式。我们介绍了一个泛化的散装边界对应关系的拓扑类缺陷哈密顿的存在下，在缺陷的保护无隙模式。将讨论三维系统中的线缺陷和点缺陷的许多例子。这些可以承载一维手性狄拉克费米子，螺旋狄拉克费米子，手性马约拉纳费米子和螺旋马约拉纳费米子，以及零维手性和马约拉纳零模。这种方法也可以用来分类时间泵浦周期，如无源电荷泵，以及费米子奇偶泵，这是有关的伊辛非阿贝尔统计的缺陷，支持马约拉纳零模式。
2010-09-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Topologically-protected metallic states induced by a one-dimensional extended defect in a 2D topological insulator
我们报告的从头计算表明，一个单一的一维扩展缺陷可以产生拓扑保护的金属态的大部分二维拓扑绝缘体。我们发现，一个狭窄的扩展缺陷组成的周期性单元组成的一个六角环和两个五边形环嵌入在一个铋双层的六边形块引入两对一维狄拉克费米子态的自旋动量锁定相反。虽然这两个狄拉克对是本地化沿扩展缺陷的核心，他们的相互作用被屏蔽，由于平凡的拓扑性质的扩展缺陷。
2016-01-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Spontaneous ferromagnetism and finite surface energy gap in the topological insulator Bi$_2$Se$_3$ from surface Bi$_\rm{Se}$ antisite defects
我们进行从头计算的Bi $_\mathrm{Se}$反位缺陷的表面的Bi $_2$硒$_3$，发现强的低能缺陷共振的自发铁磁性，固定到一个面外的取向，由于一个异常大的磁各向异性能量。对于反位缺陷的表面层，我们发现半巡回铁磁性和强杂化的狄拉克表面状态，产生一个有限的能隙。对于较深的缺陷，这种杂化基本上不存在，磁矩变得更加局部化，并且不存在能隙。
2020-10-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Defective Edge states and Anomalous Bulk-boundary Correspondence for Topological Insulators under Non-Hermitian Similarity Transformation
已知对于非厄米拓扑系统，由于非厄米趋肤效应，体-边对应被破坏。本文以一维Su-Schriller Heeger模型和二维（变形）Qi-Wu-Zhang模型为例，重点研究了一类不具有非Hermitian趋肤效应的非Hermitian拓扑系统--非Hermitian相似变换下的拓扑系统.在这些非厄米系统中，发现了缺陷边态和体-边对应的破坏。为了刻画拓扑性质，我们引入了一种新的反演保序拓扑不变量--全Z2拓扑不变量。在拓扑阶段，出现缺陷边状态。借助于有效边哈密顿量，我们发现缺陷边态受到（广义）手征对称性的保护，因而（奇异）缺陷边态对破坏手征对称性的微扰是不稳定的.此外，结果被推广到非厄米拓扑绝缘体的反演对称在更高的维度。这一工作有助于人们理解非厄米拓扑系统的缺陷边态和体-边对应的破坏。
2020-03-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Understanding Bulk Defects in Topological Insulators from Nuclear-Spin Interactions
非侵入性的局部探针需要在二元和三元硫属化合物的体缺陷的特征。这些缺陷导致了拓扑绝缘体的非理想行为。用$^{125}$ Te核磁共振研究了Bi $_2$ Te $_3$，Sb $_2$ Te $_3$，Bi $_{0.5}$ Sb $_{1.5}$ Te $_3$，Bi $_2$ Te $_2$ Se和Bi $_2$ $_2$ Te $_2$ S.缺陷的分布引起粉末线形的不对称性。我们展示了如何骑士移位，线的形状和自旋晶格弛豫报告载流子密度，自旋轨道耦合和相分离的散装。本研究证实了有序三元化合物Bi $_2$ Te $_2$ Se是目前最好的TI候选材料。我们的研究结果，这是在良好的协议与运输和ARPES研究，帮助建立NMR探针作为一个有价值的方法来表征这些材料的本体属性。
2015-06-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
Partial lattice defects in higher order topological insulators
非零弱拓扑指数被认为是将单螺旋模束缚于晶格位错的必要条件。在这项工作中，我们表明，高阶拓扑绝缘体（HOTI），事实上，主机沿螺旋或刃位错（包括阶梯边缘）的弱拓扑指数的情况下，一个单一的螺旋模式。当这种情况发生时，螺旋模式必然与位错相结合，位错的特征是分数伯格斯矢量，宏观上通过层错的存在来检测。的鲁棒性的螺旋模式上的部分缺陷证明了绝热变换，恢复平移对称性的堆垛层错。我们提出了两个HOTI的例子，一个内在的和一个外在的，显示螺旋模式在部分位错。由于部分缺陷和堆垛层错在大块晶体中是常见的，因此这种螺旋模式的存在可以对这些材料中的预期电导率产生可测量的影响。
2019-12-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
