We report the first comprehensive study of the high temperature form ($α$-phase) of iron disilicide. Measurements of the magnetic susceptibility, magnetization, heat capacity and resistivity were performed on well characterized single crystals. With a nominal iron $d^6$ configuration, and a quasi-two dimensional crystal structure that strongly resembles that of LiFeAs, $α$-FeSi$_2$ is a potential candidate for unconventional superconductivity. Akin to LiFeAs, $α$-FeSi$_2$ does not develop any magnetic order, and we confirm its metallic state down to the lowest temperatures ($T$=1.8 K). However, our experiments reveal that paramagnetism and electronic correlation effects in $α$-FeSi$_2$ are considerably weaker than in the pnictides. Band theory calculations yield small Sommerfeld coefficients of the electronic specific heat $γ=C_e/T$ that are in excellent agreement with experiment. Additionally, realistic many-body calculations further corroborate that quasi-particle mass enhancements are only modest in $α$-FeSi$_{2}$ .
Remarkably, we find that the natural tendency to vacancy formation in the iron sublattice has little influence on the iron valence and the density of states at the Fermi level. Moreover, Mn doping does not significantly change the electronic state of the Fe ion. This suggests that the iron valence is protected against hole doping, and indeed the substitution of Co for Fe causes a rigid-band like response of the electronic properties. As a key difference from the pnictides, we identify the smaller inter-iron layer spacing, which causes the active orbitals near the Fermi level to be of a different symmetry in $α$-FeSi$_2$. This change in orbital character might be responsible for the lack of superconductivity in this system, providing constraints on pairing theories in the iron based pnictides and chalcogenides.
Symmetry protected 1D chains in mixed-valence iron oxides
在过去十年的高压研究中，发现了一系列全新的铁氧化物，如Fe $_4$ O $_5$、Fe $_5$ O $_6$、Fe $_7$ O $_9$等，其特征在于紧密相关的结构，具有嵌入在八面体板之间的三角棱镜的一维（1D）链的阵列。在这里，我们开发了一个统一的方法，该系列基于一个特定的晶体生成机制，预测这些氧化物的结构，并自然地将它们分类的板周期。当包括磁相互作用，我们表明，1D链有一个对称的保护，防止磁扰动的铁离子在板，和板的大小决定的类型的磁序，这是铁磁或反铁磁。动力学平均场论计算揭示了铁离子的轨道选择性Mott态和低维行为的趋势，特别是沿一维链的增强。在整个系列中，链的去耦增加，因此，由于板的固有电荷排序，这些结构有可能允许实验实现耦合的1D线的模型系统。我们指出的可能性，以稳定这些化合物的薄膜形式，连同广泛的可能的离子取代和事实，这些化合物在环境压力下是可回收的，使它们成为一个非常有前途的平台，工程物理系统与有趣的磁输运现象，证实了最近发现的量子霍尔效应在ZrTe $_5$。
Multiple magnetic topological phases in bulk van der Waals crystal MnSb4Te7
磁性范德瓦尔斯晶体MnBi 2 Te 4/（Bi 2 Te 3）n由于其丰富的拓扑性质和外磁场可调谐性而引起人们的广泛关注。虽然MnBi_2Te_4/（Bi_2Te_3）_n系列化合物在过去几年中得到了广泛的研究，但它们的近亲MnSb_2Te_4/（Sb_2Te_3）_n系列化合物的研究却少得多。在这项工作中，结合磁输运测量，角分辨光电子能谱，和第一性原理计算，我们发现，MnSb_4Te_7，n = 1的成员MnSb_2Te_4/（Sb_2Te_3）_n家庭，是一个磁性拓扑系统，具有多功能的拓扑相，可以通过载流子掺杂和磁场操纵。计算结果表明，其A型反铁磁（AFM）基态处于Z_2 AFM拓扑绝缘体相，当处于铁磁（FM）态时，该相可转变为反对称保护的轴子绝缘体相.此外，当FM相中的该系统在电子或空穴侧上轻微掺杂载流子时，它变成在最高价带和最低导带中具有多个Weyl节点的Weyl半金属，这通过测量到的显著的反常霍尔效应表现出来。因此，我们的工作介绍了一种新的磁性拓扑材料，具有不同的拓扑相位，这是高度可调的载流子掺杂或磁场。
Highly persistent spin textures with giant tunable spin splitting in the two-dimensional germanium monochalcogenides
控制半导体中自旋织构的能力是实现新型自旋电子器件的基本步骤，而寻求表现出持久自旋织构（PST）的理想材料仍然是一个关键挑战。PST是在动量空间中保持单向自旋取向的材料的性质，其已经被预测为支持载流子的非常长的自旋寿命。本文采用第一性原理密度泛函理论计算，报道了二维锗单硫族化合物（GeMC）中PST的出现.通过考虑两个稳定的形成的二维GeMC，即纯GeX和Janus Ge 2 XY单层（X，Y = S，Se和Te），我们观察到PST周围的价带最大值的自旋取向是强制执行的较低的点群对称性的晶体。在纯GeX单分子膜的情况下，我们发现PST的特点是由C2 v点群保护的完全面外自旋取向，而在Janus Ge 2XY单分子膜的情况下，由于Cs点群的对称性降低，观察到y-z平面内的倾斜PST。更重要的是，我们发现了大的自旋轨道耦合（SOC）参数，PST维持，这可以有效地调整面内应变。在本系统中观察到的大的SOC参数导致自旋极化的空间周期模式的小波长，这是有希望的自旋霍尔晶体管器件中的短自旋沟道。
Landau Quantization and Quasiparticle Interference in the Three-Dimensional Dirac Semimetal Cd3As2
凝聚态物质系统提供了一个丰富的设置，实现狄拉克和马约拉纳费米子激发和可能性，操纵它们在材料中的潜在应用。最近，有人提出，外尔费米子，这是手性，无质量的粒子，可以出现在某些块体材料或拓扑绝缘体多层膜，并可以产生不寻常的输运性质，如电荷泵驱动的手性异常。一对外尔费米子受到晶体对称性的保护，有效地形成了一个无质量的狄拉克费米子，已经被预测在一些被称为三维（3D）狄拉克半金属的候选材料中出现低能激发。在这里，我们报告扫描隧道显微镜（STM）测量在亚开尔文温度和高磁场上的一个有前途的主机材料，II-V族半导体Cd 3 As 2。我们的研究提供了第一个原子尺度的探测Cd 3As 2，表明缺陷主要影响的价带，与超高迁移率载流子在导带中的观察一致。通过结合朗道能级谱和准粒子干涉（QPI），我们区分了一个大的自旋分裂的导带在磁场和其扩展的Dirac-like色散高于预期的制度。与我们的实验结果相一致的模型能带结构表明，对于一个特定的取向的所施加的磁场，外尔费米子的低能量激发在Cd 3 As 2。
