In-plane noncollinear exchange coupling mediated by helical edge states in Quantum Spin Hall system
研究了量子自旋霍尔系统中螺旋边态介导的Ruderman-Kittel-Kasuya-Yoshida（RKKY）相互作用。螺旋边缘态在两个局域自旋之间诱导了面内非共线交换耦合，而在正常金属中诱导的是各向同性耦合。在基态中两个局部自旋之间的角度取决于费米能级。这种性质可以用来通过调节电子门来控制自旋的角度。
2009-06-29 cond-mat.mes-hall
Low Energy Properties of the Kondo chain in the RKKY regime
我们研究了高自旋浓度下的近藤链，其中低能物理由Ruderman-Kittel-Kasuya-Yosida（RKKY）相互作用主导。正如最近所显示的（A。M. Tsvelik和O. M. Yevtushenko，Phys. Rev. Lett 115，216402（2015）），该模型具有两个相，其具有取决于交换相互作用的各向异性的显著不同的传输性质。特别是，费米子的螺旋对称性自发破缺时，各向异性的易平面型（EP）。这导致局部化效应的参数抑制。在本文中，我们大大扩展了以前的理论，特别是通过分析的竞争的前向和后向散射，包括到理论的短程电子相互作用和计算自旋关联函数。我们讨论了我们的理论和可能的实验，可以支持的理论研究结果的适用性。
2015-12-23 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Two-impurity helical Majorana problem
我们预测实验可访问的签名螺旋马约拉纳费米子在拓扑超导体耦合到两个量子点的本地矩制度（对应于自旋$1/2$杂质）。考虑到RKKY介导的体模和边缘模式的相互作用，后者导致远程反铁磁伊辛耦合，我们制定和解决这个两个杂质螺旋马约拉纳问题的低能量理论。特别是，我们表明，长时间的自旋动力学后，磁场淬火显示弱阻尼振荡与普遍的品质因数。
2015-02-12 cond-mat.mes-hall
Mesoscopic fluctuations of conductance of a helical edge contaminated by magnetic impurities
时间反演对称性（TRS）禁止沿螺旋边缘移动的电子的弹性背散射。然而，我们证明，一个合奏的磁性杂质可能会导致TRS保持准弹性背散射，导致在电导的干扰效应。由于局域自旋的RKKY相互作用，在反向散射事件中转移的特征能量被抑制（抑制在磁性杂质的总数中是指数的）。我们预测的统计电导波动不同于那些在常规情况下的一维系统与淬火无序。
2013-01-07 cond-mat.mes-hall
Electrical control of the Kondo effect in a helical edge liquid
该研究发现外电场诱导的Rashba自旋轨道相互作用可调控量子自旋霍尔绝缘体螺旋边缘态中磁性杂质相关的近藤温度与电导修正，且强各向异性下其介导的非共线自旋作用会阻碍近藤屏蔽，挑战了相关传统认知。
2013-01-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Helical order in one-dimensional magnetic atom chains and possible emergence of Majorana bound states
我们从理论上得到了在具有Rashba自旋-轨道耦合的一维或二维电子气上排列成一维链的局域磁性杂质自旋的相图。自旋之间的相互作用由Ruderman-Kittel-Kasuya-Yosida（RKKY）机制通过电子气介导。最近的工作预测，这样的系统可能内在地支持拓扑超导性时，螺旋自旋密度波形成的自旋，超导性是在电子气中诱导。我们分析，使用分析和数值计算技术，在这种情况下，这样的螺旋自旋状态是稳定的，在一个现实的情况下存在的障碍。我们表明，它变得不稳定的形成（反）铁磁畴，如果在杂质自旋位置$δR$的无序变得与费米波长。我们还研究了稳定性的螺旋状态对高斯潜在的电子系统中使用的图解方法的障碍。我们的研究结果表明，为了稳定的螺旋自旋状态，从而新兴的拓扑超导性，一个足够强的Rashba自旋轨道耦合，引起Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用，是必需的。
2014-07-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Probing topological phases in a perturbed Kane-Mele model via RKKY interaction: Application to monolayer jacutingaite Pt$_2$HgSe$_3$
本研究通过分析微扰Kane-Mele模型中RKKY相互作用的相对特征，揭示了拓扑相变信号，并利用微扰实现磁性相互作用切换，为通过磁性性质追踪拓扑相提供了实用方法。
2024-10-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Electrically controllable valence-conduction band reversals in helical trilayer graphene
Weizmann Institute of Science（魏茨曼科学研究所）；Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）；University of Texas at Dallas（德克萨斯大学达拉斯分校）；Stanford University（斯坦福大学）；SLAC National Accelerator Laboratory（斯坦福直线加速器中心）；National Institute for Materials Science（国立材料研究所）
研究揭示了螺旋三重层石墨中电子相互作用驱动的价带与导带周期性反转机制，通过磁阻抗检测发现锯齿状磁性转变及新的磁滞回线，揭示了电子相互作用对自旋、谷度和子晶格三种内部自由度的调控。
2026-03-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Voltage induced conversion of helical to uniform nuclear spin polarization in a quantum wire
研究了偏压对电子与核通过超精细相互作用的弹道丝核自旋极化的影响。在平衡状态下，由于电子介导的Ruderman-Kittel-Kasuya-Yosida（RKKY）相互作用，局域核自旋被螺旋极化。这里集中在非平衡，我们发现，施加的偏置电压诱导均匀的极化，从螺旋极化和非极化自旋自旋翻转。一旦在原子核中建立了宏观均匀极化，原子核自旋螺旋就以与均匀极化成比例的频率旋转。均匀的核自旋极化作为电压和温度的函数单调增加，反映了热激活行为。我们的预测提供了具体的方法来测试实验中存在的半导体量子线的核自旋螺旋极化。
2015-03-29 cond-mat.mes-hall
Electrically tunable two-channel Kondo fixed points in helical liquids
研究了在外加电场诱导的Rashba自旋轨道相互作用下，量子点与量子自旋霍尔绝缘体的两个边态通过电子隧穿耦合的情况.我们表明，如果电子的相互作用的边缘状态是排斥性的，有两种可能的阶段，取决于Luttinger液体参数$K$。对于$1/2<K<1$，低温物理由先前确定的双通道Kondo不动点控制。对于具有更强排斥相互作用的边缘态，即$1/4<K<1/2$，系统在低温下达到另一个相，由新的双通道Kondo不动点描述。当通过外部电场改变$K$的值时，该相通过连续相变与原始相分离。相应的临界点由自由狄拉克费米子被局部势反向散射来描述。我们研究了与这个新的不动点相关的低温性质，并讨论了系统在临界点的标度行为。
2013-07-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Helical nuclear spin order in two-subband quantum wires
在量子线中，传导电子和核自旋之间的超精细耦合可以导致它们在低温下的（部分）有序。通过相互作用增强的机制，由RKKY交换引起的核自旋序作用于电子并使其部分光谱消失。在具有由不同的费米动量kF 1和kF 2表征的两个子带的导线中，核自旋形成两个螺距为π/kF 1和π/kF 2的螺旋的叠加，从而呈现拍频图案。该顺序导致在降低温度时分两步降低电子电导。
2013-06-25 cond-mat.mes-hall
Spin-orbit interactions in a helical Luttinger liquid with a Kondo impurity
研究了Rashba和Dresselhaus自旋轨道相互作用对耦合近藤杂质的螺旋Luttinger液体物理的联合作用。Rashba偶联可能在某些参数范围内破坏Kondo单线态形成[Phys.Rev.B86，161103（R）（2012）]。这种影响在这里示出为足够强的Dresselhaus相互作用消失。通过计算电导、电流和电流波动以及热导来研究系统的输运性质。
2013-06-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Topological phase and edge states dependence of the RKKY interaction in zigzag silicene nanoribbon
我们提出了多功能材料的基础上的Ruderman-Kittel-Kasuya-Yosida（RKKY）的相互作用在锯齿形硅烯纳米管（ZSNR）的半填充在面外电场的存在下。我们发现，拓扑相变中的带色散的ZSNR可以探测使用RKKY相互作用。我们发现，由于ZSNR的零能边缘态，当杂质位于Z字形边缘时，交换耦合显著增强，并且发现在拓扑绝缘体相中的相互作用强度远大于在能带绝缘体区时的相互作用强度.我们提出了一个模型来研究位于ZSNR的边缘上的两个磁性杂质的系统的相位，并发现对于不同的电场值，可能存在三种不同的磁性相位，螺旋，铁磁和反铁磁。硅烯中磁相的这种电可调谐性可以通过使用当前的实验技术来探索，并且可以在自旋电子学领域中感兴趣。
2016-08-03 cond-mat.mes-hall
Transport theory for electrical detection of the spin texture and spin-momentum locking of topological surface states
三维拓扑绝缘体的表面态呈现出自旋锁定于动量的螺旋自旋织构。然而，到目前为止，由于缺乏必要的自旋敏感测量，螺旋自旋织构的直接全电检测仍然难以捉摸。本文提出了一种利用自旋极化扫描隧道显微镜（STM）研究螺旋狄拉克电子自旋极化输运的一般理论。研究发现，与传统磁性材料不同，TI表面的隧穿电导中增加了一个由面内自旋织构决定的额外分量，这与自旋动量锁定有关.重要的是，这种额外的电导不寻常地依赖于磁化的STM尖端的空间方位角，这是从来没有在以前的STM理论进行。通过磁性掺杂打破TI表面的旋转对称性和时间反转，我们发现空间分辨电导的测量可以重建自旋织构的螺旋结构。此外，如果面内磁化纯粹由表面狄拉克电子的自旋轨道耦合引起，则可以提取SML角。我们的理论提供了一种替代的方法，而不是使用角分辨光电子能谱，电气识别TI表面上的螺旋自旋纹理。
2017-06-11 cond-mat.mes-hall
Interlayer RKKY Coupling in Bulk Rashba Semiconductors under Topological Phase Transition
具有本征增强Rashba自旋轨道耦合的体Rashba半导体BiTeX（X=I，Cl和Br）为研究材料中的自旋电子和磁性现象提供了一个新的平台。我们从理论上研究了沉积在体Rashba半导体BiTeI的相对表面上的两个铁磁体在其平凡相和拓扑绝缘体相中的层间交换相互作用。在平凡的阶段BiTeI，我们发现，对于铁磁体的磁化正交的接口，交换耦合是让人想起一个传统的三维金属。值得注意的是，具有平行于界面的磁化强度的铁磁体由于自旋-轨道耦合而显示出与常规三维金属性质不同的磁交换。在这种情况下，层间交换相互作用获得两个周期的振荡和衰减作为的BiTeI层的厚度的倒数。对于拓扑BiTeI，磁交换相互作用成为介导的螺旋表面状态和行为之间的一维自旋链在边缘的样品。表面状态介导的层间交换相互作用允许与非共线磁化的铁磁体的耦合，并显示出不同于平凡的BiTeI的衰减功率，允许在这种材料中的拓扑相变的检测。我们的工作为这些新发现的材料的磁特性及其可能的功能化提供了见解。
2019-07-05 cond-mat.mes-hall
Electrical tuning of helical edge states in topological multilayers
在拓扑绝缘体中，GaSb/InAs量子阱呈现出支持量子自旋霍尔绝缘体相的能带的断裂间隙排列，并且形成了在寻找奇异物质状态中的重要构建块。这样的结构允许带隙反转，电子和空穴被限制在相邻层中，为调整相应的拓扑性质提供了肥沃的土壤。利用全三维8带${\bf k}\cdot{\bf p}$方法研究了沿生长方向施加电场对GaSb/InAs/GaSb和InAs/GaSb/InAs多层膜的反转能带结构和螺旋边态的影响.通过调节电场模量，我们诱导的导带和价带的能级的变化，导致在量子自旋霍尔绝缘体相的螺旋边缘状态主要局限在GaSb层。特别是，我们发现，InAs/GaSb/InAs有一个大的杂化间隙约$12\,\textrm{meV}$，因此，有希望观察到无质量的狄拉克费米子与一个大的费米速度。我们的GaSb/InAs多层膜的全面表征创建了一个基础平台，在此基础上可以对比III-V异质结构的进一步优化。
2019-07-22 cond-mat.mes-hall
Electrically controllable spin filtering based on superconducting helical states
由于完全的自旋-动量锁定，3D TI的表面态的磁电效应非常强。在这里，S/3D TI双层结构的准经典格林函数的微观理论的发展。在此基础上，我们证明了S/TI双层膜中的DOS表现出巨磁电行为，因此，S/3D TI异质结构可以作为非磁性的完全电可控自旋过滤器工作。结果表明，由于完全自旋-动量锁定，共振态波函数的奇频单重态和三重态分量的振幅相等。这同样适用于偶频单重态和三重态分量。我们揭示了S/3D TI异质结构中的奇频配对与DOS中的磁电效应之间的联系。
2017-09-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Conductance of a helical edge liquid coupled to a magnetic impurity
在理想的二维量子自旋霍尔器件中，输运由具有相反自旋的电子的反向传播边缘态支配，给出了电导的普适值$2e^2/h$。我们研究了磁性杂质对电导的影响，磁性杂质可以将电子从一个边缘状态反向散射到另一个边缘状态。在各向同性近藤交换的情况下，我们发现，由这样的杂质引起的电导的校正消失在直流极限，而热导确实获得有限的校正由于自旋翻转背散射。
2011-06-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Exchange interaction of magnetic impurities in biased bilayer phosphorene nanoribbon
研究了垂直电场作用下锯齿形双层磷烯纳米带（ZBLPNR）中的交换作用。我们评估的空间和电场依赖性的静态自旋磁化率在真实空间中的各种配置的磁性杂质在零温度。还得到了ZBLPNR在栅压作用下的电子性质。与其他二维材料如石墨烯和硅烯相比，ZBLPNR在费米能级处具有两个几乎简并的准平坦边缘模，与体态隔离。研究了带宽和垂直电场对ZBLPNR带隙的调制。由于费米能级上准平带的存在，在没有电场的情况下，可以看到RKKY相互作用的尖峰。如图所示，可以通过使用RKKY相互作用来探索ZBLPNR中这些准平坦边缘模式的特征。当两个杂质位于ZBLPNR内时，在大偏压下，RKKY振荡出现拍频模式。电调谐RKKY耦合的ZBLPNR预计将有重要的后果偏置ZBLPNR的自旋电子学应用。
2018-08-08 cond-mat.mes-hall
Helical orbitals in electrical uni-directional molecular motors
Charles University（查理大学）；University of Regensburg（雷根斯堡大学）；Karlsruhe Institute of Technology（卡尔斯鲁厄理工学院）
本文提出通过螺旋轨道中的电子电流驱动分子马达单向旋转，揭示了螺旋性与角动量之间的关系，并推导出子晶格对称性对旋转方向的影响。
2026-03-10 cond-mat.mes-hall physics.chem-ph
Antiferromagnetic nuclear spin helix and topological superconductivity in $^{13}$C nanotubes
我们研究了相互作用的$^{13}$ C碳纳米管中局域核自旋与传导电子之间的超精细耦合所产生的Ruderman-Kittel-Kasuya-Yosida（RKKY）相互作用.使用Luttinger液体形式主义，我们表明，RKKY相互作用是亚晶格依赖的，在非相互作用的碳纳米管的自旋磁化率计算一致，它导致在有限尺寸的系统中的反铁磁核自旋螺旋。转变温度达到几十mK，这是由于有序核自旋通过奥弗豪泽场的正反馈的强烈推动。与GaAs纳米线类似，螺旋核自旋序的形成使传导电子的一半消失，因此在传输实验中可观察到电导降低2倍。核自旋螺旋导致电子子系统中自旋和电荷自由度相结合的密度波，导致合成的自旋-轨道相互作用，从而诱导非平凡的拓扑相位。因此，拓扑超导与马约拉纳费米子束缚态可以实现在系统中存在的邻近诱导的超导性，而不需要微调的化学势。我们提出的相图作为系统参数的函数，包括配对的差距，由于核自旋螺旋的差距，和塞曼场垂直于螺旋平面。
2015-12-22 cond-mat.mes-hall
Generating and controlling spin-polarized currents induced by a quantum spin Hall antidot
我们研究了嵌入二维拓扑绝缘棒中的电控量子自旋霍尔反点。螺旋边缘状态周围的反点和沿边缘的酒吧隧道耦合。自旋和手征之间的紧密联系，典型的螺旋系统，允许产生一个自旋极化电流流过酒吧。通过改变势垒之间的不对称性，将该电流作为外部电压的函数进行研究。对于不对称的设置，观察到的自旋电流的切换行为的偏置增加，在电子相互作用的存在和不存在。该装置允许通过简单的电气手段产生和控制自旋极化电流。
2013-02-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
RKKY signatures as a probe for intrinsic magnetism and AI/QAH phase discrimination in MnBi$_2$Te$_4$ films
South China Normal University（华南师范大学）
研究MnBi$_2$Te$_4$薄膜中RKKY相互作用在暗和光照下的特性，揭示其对区分AI和QAH相的作用，通过费米能依赖性和空间振荡等特征实现相鉴别。
2026-04-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Weyl-mediated Ruderman-Kittel-Kasuya-Yosida interaction revisited: imaginary-time formalism and finite temperature effects
本研究利用无散度虚时形式重新计算Weyl半金属中RKKY相互作用，解决零温距离函数分歧，发现有限温度下短距离DM相互作用热增强，为稳定稀土磁性Weyl半金属螺旋序提供机制。
2025-09-08 cond-mat.mes-hall
Fundamental limits to helical edge conductivity due to spin-phonon scattering
研究了二维拓扑绝缘体螺旋边缘态的电子-声子相互作用对电导的影响。我们表明，体声波声子引起的边缘变形修改的边缘状态的自旋纹理，并由此产生的自旋-声子耦合导致非弹性背散射，使运输扩散。使用半经典玻尔兹曼方程，我们计算的电导率，并表明它具有金属布洛赫-格吕奈森定律。在主体材料的德拜温度量级的温度下，自旋-声子散射因此显著降低边缘态的电导率。输运仅在足够短的边缘保持弹道，在这种情况下，对量子化电导的校正在低温下以$δG \propto T^5$的形式消失。耦合强度仅依赖于螺旋自旋织构沿变形边缘的平行传输，由主体材料的密度和声速决定。我们的研究结果施加的螺旋边缘通道的有限温度电导率的基本限制。
2018-06-14 cond-mat.mes-hall
Electrical probe of spin-spiral order in quantum spin Hall/spin-spiral magnet van der Waals heterostructures
本文提出利用量子自旋霍尔绝缘体与自旋螺旋磁体构成的范德华结，通过螺旋态对时间反演对称性破缺的敏感性，从电学测量中直接探测无净磁化的非共线自旋螺旋序。
2025-07-23 cond-mat.mes-hall
Finite-temperature spectroscopy of dirty helical Luttinger liquids
我们发展了一个无序的，相互作用的二维拓扑绝缘体边缘的有限温度动量分辨隧穿光谱（MRTS）的理论。MRTS补充了传统的电输运测量在表征螺旋Luttinger液体边缘的属性。使用标准玻色化技术，我们研究了低能谱函数和MRTS隧穿电流，提供了一个详细的描述控制的无序，相互作用和温度，考虑Rashba自旋轨道耦合，interedge相互作用和不同的边缘速度。我们的理论提供了一个系统的描述，在MRTS测量的光谱信号，我们希望将刺激未来的实验研究的二维时间反演不变的拓扑绝缘体。
2020-08-27 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Tunneling between a topological superconductor and a Luttinger liquid
研究了拓扑超导体与螺旋Luttinger液体之间的量子点接触。利用重整化群分析了螺旋Luttinger液体中电子-电子相互作用对该系统低能物理的影响。在通过马约拉纳边缘通道的隧道效应引起的点接触处的各种耦合中，螺旋形卢廷格液体中诱导的反向散射与排斥相互作用最相关。因此，在低温下，螺旋形Luttinger液体被有效地切割成两个分离的半丝。因此，低温物理是由一个固定点组成的两个引线耦合到拓扑超导体，和电输运性质通过点接触在低温和低偏压下的主导通过Majorana边缘通道的隧穿。我们计算了零偏压隧穿电导的温度依赖性，并研究了零温度下隧穿电流的全计数统计。
2014-03-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Spin filtering in all-electrical three-terminal interferometers
与双端器件不同，在双端器件中，时间反演不变的自旋-轨道相互作用不能单独地使自旋旋转，当电子从一个源库流入两个（或更多个）单独的漏库时，可以产生这样的极化。我们提出了两个例子的解析解。首先，我们证明了通过“钻石”干涉仪传输到两个漏的电子可以同时完全自旋极化沿不同的可调方向，即使当干涉仪的两个臂是不相同的。第二，我们证明了一个螺旋分子连接到多个漏极上，可以在通过它的电子中引起显著的自旋极化，即使当电子进入不同的漏极最终不相干地混合到一个吸收库中时，平均极化仍然保持非零。这可以解释最近的实验对某些螺旋手性分子的自旋选择性。
2017-02-18 cond-mat.mes-hall
Strong Spin-Orbit Interaction and Helical Hole States in Ge/Si Nanowires
我们从理论上研究了Ge/Si核壳纳米线的低能空穴态。低能价带是准边生的，由两个不同轨道角动量的二重态形成，可以通过相对壳层厚度和外场来控制。我们发现，直接（偶极）耦合到一个温和的电场导致一个非常大的自旋轨道相互作用的Rashba型的顺序上的毫电子伏，从而产生明显的螺旋状态，使电自旋控制。该系统允许量子点和自旋量子位的能级可以从接近零到几个meV变化，这取决于相对壳层厚度。
2011-12-05 cond-mat.mes-hall
Elastic backscattering of quantum spin Hall edge modes from Coulomb interactions with non-magnetic impurities
我们证明了在量子自旋霍尔绝缘体边缘的螺旋电子和动态杂质之间的静电相互作用可以诱导准弹性背散射。模型的杂质作为一个两级系统，我们表明，反向传播的Kramers简并电子态之间的过渡可以发生不打破时间反演对称性，只要杂质也经历了过渡。相关的电阻具有弱的温度依赖性，直到非通用的温度标度。我们的研究结果扩展了已知的背散射机制在螺旋边缘模式的范围，包括电子隧穿出系统是不存在的情况下。
2020-09-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Collective modes of a helical liquid
研究了拓扑绝缘体表面“螺旋金属”的低能集体模和输运性质。在低能量下，表面处的电输运和自旋动力学通过将电流等同于自旋自由度的面内分量的算子恒等式精确地相关。从这个关系可以得出结论，在螺旋形金属中，无阻尼的自旋波总是伴随着声模-这样就有可能“听到”自旋的声音。在存在长程库仑相互作用的情况下，表面等离子体激元模式也耦合到自旋波，产生杂化的“自旋-等离子体激元”模式。我们对${\rm Bi}_2{\rm Se}_3$中的自旋等离子体激元进行了定量预测，并讨论了在自旋光栅实验中对它的探测。
2009-09-14 cond-mat.mes-hall
Interference effects induced by a precessing easy-plane magnet coupled to a helical edge state
磁绝缘体与二维拓扑绝缘体的螺旋电子边缘的相互作用已经被证明会导致许多有趣的现象。其中之一是，对于磁各向异性轴的合适取向，与易平面磁体的交换耦合对通过螺旋边缘的DC电传输没有影响，尽管它在螺旋边缘的频谱中打开了间隙[Meng { \em et al.}，物理学\修订版本\ B { \bf 90}，205403（2014）]。在这里，我们从理论上考虑这样一个磁铁嵌入在干涉仪，由一对螺旋边缘状态连接的两个隧道接触，电子可以隧道之间的两个边缘。使用散射矩阵的方法，我们表明，在干涉仪臂之一的磁铁的存在下，产生AC电流响应于所施加的直流电压。另一方面，DC Aharonov-Bohm效应在零温度和小DC电压下不存在，并且仅在所施加的电压或温度超过磁致激发间隙时出现。
2021-03-24 cond-mat.mes-hall
Helical Liquids in Semiconductors
一维螺旋液体可以出现在某些凝聚态系统的边界处。两个主要的例子是量子自旋霍尔绝缘体的边缘和三维二阶拓扑绝缘体的铰链。对于这些材料，在边界处的螺旋状态的存在作为其非平凡的电子体拓扑结构的签名。此外，这些边界状态本身也很有趣，作为一类新的强相关低维系统，具有有趣的潜在应用。在这里，我们回顾现有的结果在半导体中的螺旋液体。我们的重点是理论，虽然我们面对它与现有的实验。我们讨论了螺旋液体的各个方面，如它们的实现，拓扑保护和稳定性，或可能的实验表征。我们把重点放在这些国家的标志，是一个量子化的电导预测。由于到目前为止，达到一个良好的量化电导仍然具有挑战性的实验，审查的很大一部分是讨论各种背散射机制已被调用来解释这种差异。最后，我们包括相关的主题接近诱导拓扑超导螺旋状态，作为一个令人兴奋的应用拓扑量子计算与所得的马约拉纳束缚态。
2022-10-28 cond-mat.mes-hall
Supercurrent mediated by helical edge modes in bilayer graphene
本研究将二硒化钨封装的双层石墨烯螺旋边缘态与超导体耦合，发现零位移场下体带隙反转导致临界电流抑制及夫琅禾费干涉奇偶效应，从理论和实验上证明了超导与零场拓扑态的耦合。
2023-05-17 cond-mat.mes-hall
Finite-frequency admittance and noise of a helical edge coupled to a magnet
Dahlem Center for Complex Quantum Systems, Halle-Berlin-Regensburg Cluster of Excellence CCE, and Physics Department, Freie Universität Berlin（达勒姆复杂量子系统中心、哈雷-柏林-雷根斯堡卓越集群CCE及柏林自由大学物理系）；Institut für Mathematische Physik, Technische Universität Braunschweig（布伦瑞克工业大学数学物理研究所）
研究了量子自旋霍尔绝缘体螺旋边缘态与磁体耦合时，有限频率下的电导和噪声特性，发现低频传输几乎无噪声。
2025-11-03 cond-mat.mes-hall
$π$ Spin Berry Phase in a Quantum-Spin-Hall-Insulator-Based Interferometer: Evidence for the Helical Spin Texture of the Edge States
量子自旋霍尔绝缘体的特征在于螺旋边缘态，其中电子的自旋极化被锁定到其运动方向。虽然已经观察到边缘态导电，螺旋自旋织构的明确证据仍然缺乏。在这里，我们研究了相干边缘态输运在两个点接触箍缩干涉环。由于螺旋特性，前向边缘间散射强制$π$自旋旋转。两个连续的过程只能产生一个非平凡的$2π$或平凡的$0$自旋旋转，这可以通过Rashba自旋轨道耦合来控制。非平凡的自旋旋转导致几何$π$ Berry相位，这可以通过电导振荡相对于平凡情况的$π$相移来检测。我们的研究结果为边缘态的螺旋自旋织构提供了确凿的证据。此外，它也提供了机会，全电探索自旋依赖的Berry相位凝聚态物质。
2016-08-02 cond-mat.mes-hall quant-ph
Conductance through a helical state in an InSb nanowire
电子的运动和它的自旋一般是不耦合的。然而，在具有强自旋-轨道相互作用（SOI）的一维材料中，螺旋状态可以在有限的磁场下出现，其中相反自旋的电子将具有相反的动量。这种螺旋状态的存在有自旋过滤和库珀对分裂器设备的应用，是一个必不可少的成分，实现拓扑保护的量子计算使用马约拉纳零模式。在这里，我们报告的量子点接触（QPC）形成的锑化铟纳米线的磁场的函数的电导测量。在超过3 T的磁场下，$2e^2/h$平台显示出朝向$1e^2/h$的折返电导特征，其在包围$1e^2/h$平台之前宽度随磁场线性增加。旋转外部磁场平行或垂直于自旋轨道场，使我们能够清楚地将这种实验特征归因于SOI。我们将我们的观测结果与包含SOI的QPC模型进行了比较，并提取了~6.5meV的自旋轨道能量，这明显强于通过其他方法获得的SO能量。
2017-01-24 cond-mat.mes-hall
Topological p-n junctions in helical edge states
量子自旋霍尔效应被赋予拓扑保护的边缘模，具有无隙的狄拉克谱。沿边缘局部施加磁场导致导带和价带自旋织构缠绕的具有相反宇称的带隙边缘谱。使用Pancharatnam的处方几何相位，它表明，这种奇偶校验跨$p$ - $n$结，它可以被设计到边缘的电栅极诱导掺杂，导致相位依赖于两端电导，这是纯粹的拓扑（0或$π$）。这一事实的结果在${\mathbb{Z}}_2$分类与相关的二重性，这样的路口。电流不对称测量，这是强大的电子-电子相互作用，提出了推断这种拓扑结构。
2015-10-08 cond-mat.mes-hall quant-ph
Gate controlled spin pumping at a quantum spin Hall edge
我们提出了一个四端装置设计的所有电气手段操纵的自旋的磁性吸附原子位于边缘的量子自旋霍尔绝缘体。我们表明，一个电子门，能够调整量子自旋霍尔绝缘体和源极和漏极之间的界面电阻，可以切换两个制度之间的设备：一个系统表现出自旋泵和其他的吸附原子保持在其基态。这展示了一种利用拓扑材料的螺旋边缘态来控制单自旋的全电路线。
2013-11-28 cond-mat.mes-hall
Magnetoelectric Andreev effect due to proximity-induced non-unitary triplet superconductivity in helical metals
非中心对称超导体表现出磁电效应，其表现为响应于无耗散电流（超导）的磁自旋极化的出现。虽然很多注意力已经致力于这种现象的热力学版本（埃德尔斯坦效应），非平衡输运磁电效应尚未探索。我们提出了磁电Andreev效应（MAE），其中包括在产生自旋极化的三重Andreev电导的超电流。MAE源于超导诱导的非幺正三重态配对导致的库珀对凝聚体的自旋极化。我们提出了实现这种非幺正配对和MAE超导邻近结构的基础上的二维螺旋金属-强自旋轨道耦合电子系统的狄拉克谱，如拓扑表面态。我们的研究结果揭示了一个未探索的路线电控超导自旋电子学，是一个吸烟枪诱导非常规超导自旋轨道耦合材料。
2016-12-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Cascade of topological phase transitions and revival of topological zero modes in imperfect double helical liquids
Institute of Physics, Academia Sinica（中央研究院物理研究所）；Department of Electronics and Electrical Engineering, National Yang Ming Chiao Tung University（国立阳明交通大学电子工程学系）；Physics Division, National Center for Theoretical Sciences（国家理论科学中心物理组）
研究揭示不完美双螺旋液体中拓扑相变与Majorana零模的复兴，通过配对和相互作用不对称性调控拓扑性质。
2026-08-21 cond-mat.mes-hall
All-Electrical Self-Switching of van der Waals Chiral Antiferromagnet
本研究在零外磁场下的范德华 CoTa3S6 中，利用电流诱导的手性自旋轨道矩与 RKKY 交换矩实现手性反铁磁序的全电学确定性切换。
2025-10-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Vortical effects in Dirac fluids with vector, chiral and helical charges
自由无质量狄拉克费米子的螺旋度在经典运动方程的水平上是一个守恒的、洛伦兹不变的量。对于由粒子和反粒子组成的一般系综，螺旋电荷和手征电荷是不同的守恒量。螺旋度流可以用螺旋度流来模拟，在没有相互作用的情况下，螺旋度流也是守恒的。与产生轴向（手征）电流的轴向涡旋效应类似，螺旋电流是由有限温度介质中的涡旋引起的，通过螺旋涡旋效应，矢量（电）电荷不平衡，导致新的非耗散输运现象。这些现象导致了一种新的流体动力学激励--螺旋涡波的出现。我们的研究结果表明，存在一种新的三角形异常的QED涉及螺旋度流除了标准的矢量和轴向电流。进一步利用守恒的螺旋电流，我们表明，一个有限的螺旋化学势可以用来计算热力学合奏费米子类似，但独立的矢量电荷和手性。我们推导了费米子在有限矢量、轴向和螺旋化学势下的压强$P$，并表明异常输运中出现的各种量，包括各种涡旋和圆形电导率以及剪切应力系数，可以通过对$P$相对于适当的化学势进行微分而得到。最后，我们计算了交叉点以上夸克-胶子等离子体中的螺旋度弛豫时间，并表明它与轴向电荷的弛豫时间相似。
2023-03-21 cond-mat.mes-hall hep-th nucl-th
Discrete-to-Continuum Limits of Long-Range Electrical Interactions in Nanostructures
本文研究了螺旋纳米管和均匀弯曲薄膜中静电相互作用的离散到连续极限，发现极限能本质上是局部的，且同时依赖于偶极子场的切向和法向分量。
2023-04-02 cond-mat.mes-hall math-ph math.MP
Spin susceptibility in interacting two-dimensional semiconductors and bilayer systems at first order: Kohn anomalies and spin density wave ordering
本研究解析分析了存在电子相互作用与外场塞曼分裂的二维半导体自旋磁化率，发现一阶微扰下Kohn反常处有共振峰，利于自旋密度波有序，还可推广至双层材料的层赝自旋与偶极密度波有序情形。
2023-10-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Giant thermoelectric effect in graphene-based topological insulators with nanopores
设计具有高品质因数$ZT=S^2 G T/κ$的热电材料需要满足三个通常不可调和的条件，即，高电导率$G$、小热导率$κ$和高塞贝克系数$S$。纳米结构化是实现这一目标的有希望的方法之一，因为它可以基本上抑制晶格对$κ$的贡献。然而，它也可能以不可控的方式不利地影响电子传输。在这里，我们从理论上证明，这个问题可以通过制造具有重吸附原子和纳米孔的石墨烯纳米带来理想地解决。这些系统，作为一个二维拓扑绝缘体与强大的螺旋边缘状态携带电流，产生一个高度优化的功率因数$S^2G$每螺旋导电通道。同时，它们的纳米孔阵列阻碍了通过本体的晶格热传导。利用量子输运模拟结合第一性原理电子和声子能带结构计算，发现热电优值在$T \simeq 40$ K时达到最大值$ZT \simeq 3$。这为通过纳米结构化利用电子态的非平凡拓扑结构来设计高$ZT$材料铺平了道路。
2014-03-02 cond-mat.mes-hall
Observation of Time-Reversal Invariant Helical Edge-Modes in Bilayer Graphene/WSe$_2$ Heterostructure
拓扑绝缘体与陈氏绝缘体和量子霍尔绝缘体相一起被认为是对称性保护的物质拓扑相的范例。本文报道了双层石墨烯/单层WSe $_2$基异质结构中时间反演不变螺旋边缘模式的实验实现-这一阶段通常被认为是通用拓扑绝缘体领域的先驱。我们对这种难以捉摸的相的观察，关键取决于我们创造介观器件的能力，这些器件既包含莫尔超晶格势，又包含强自旋轨道耦合;这导致了材料的电子能带结构可以通过外部位移场从平凡调谐到拓扑结构。我们发现，拓扑相的特点是由一个整体的带隙和螺旋边缘模式的电导量子化正好$2e^2/h$在零外磁场。我们把螺旋边缘模式的坚实的基础上，通过支持实验，包括验证的Landauer-B $\mathrm{\ddot{u}}$ ttiker模型的预测在多终端介观器件的量子输运。我们的非局域输运性质的测量表明，螺旋边缘模式是无耗散的，并在接触探针平衡。我们实现了不同的拓扑相位与电场和磁场的可调性，这使我们能够实现平凡和多个，不同的拓扑相位之间的拓扑相变。我们还提出了一个现实的模型，除了复制我们的实验结果的理论研究的结果，解释了拓扑绝缘体和螺旋边缘模式的起源。我们的实验和理论结果为实现物质的时间反演不变的$\mathbb{Z}_2$拓扑相建立了一条可行的路线。
2020-12-31 cond-mat.mes-hall quant-ph
High-temperature helical edge states in BiSbTeSe$_2$/graphene van der Waals heterostructure
通过在石墨烯上外延生长BiSbTeSe$_2$薄膜增强自旋-轨道相互作用，实现了二维拓扑绝缘体，其螺旋边缘态可存活至200 K，为自旋流转换和马约拉纳费米子平台提供高质量应用。
2025-06-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Absence of spontaneous magnetic order of lattice spins coupled to itinerant interacting electrons in one and two dimensions
我们将Mermin-Wagner定理推广到一个晶格自旋系统，该系统与巡游和相互作用的载流子自旋耦合。我们使用Bogoliubov不等式严格证明，无论是（反）铁磁或螺旋长程序是可能的，在任何有限的温度在一个和两个维度。我们的证明适用于广泛的一类模型，包括任何形式的电子-电子和单电子相互作用是独立的自旋。在Rashba或Dresselhaus自旋轨道相互作用（SOI）的存在下，磁序是允许的，并与平衡自旋电流密切相关。然而，在Rashba和Dresselhaus SOI被调谐为相等的特殊情况下，磁序再次被排除在外。这为电控制磁性半导体中的磁性开辟了新的可能性。
2011-09-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Phase diagram and phonon-induced backscattering in topological insulator nanowires
我们提出了一个有效的清洁圆柱形拓扑绝缘体纳米线的电子-声子耦合效应的低能理论。声学声子模型由各向同性弹性连续介质理论与无应力边界条件。我们考虑到声子和螺旋表面狄拉克费米子之间的变形势耦合，也包括电子-电子相互作用的玻色化方法。对于半整数值的磁通量$Φ_B$沿导线，低能量理论承认一个精确的解决方案，因为拓扑保护机制，然后排除声子诱导的$2k_F$ -背散射过程。我们确定的零温度相图，并确定一个政权占主导地位的超导配对的表面状态。作为例子，我们考虑碲化汞纳米线的相图。我们还确定了声子诱导的电阻率，在那里我们找到一个二次依赖于磁通偏差$δΦ_B$从最近的半整数值。
2020-01-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Interacting topological edge channels
量子自旋霍尔绝缘体中的电流被限制在系统的边界。载流子可以被描述为无质量的相对论粒子，其自旋和动量彼此耦合。虽然这些状态的螺旋特性现在已经在实验上得到了很好的建立，但当这些边缘状态在空间上接近时，它们如何相互作用仍然是一个基本的开放问题。我们采用拓扑量子点接触，引导边缘通道从相对的两侧进入准一维收缩，基于倒置碲化汞量子阱。除了预期的量化在整数步骤的$2 e^2/h$，我们发现一个令人惊讶的额外的高原在$e^2/h$。我们解释我们的观察相结合的能带结构计算和排斥电子-电子相互作用的Tomonaga-Luttinger液体模型内捕获的效果。目前的结果可能有直接的影响，一维螺旋电子量子光学，马约拉纳和潜在的para-fermions的研究。
2019-05-20 cond-mat.mes-hall
Electron-phonon scattering in topological insulator thin films
本文从理论上研究了强拓扑绝缘体薄膜中的电子-声子散射效应。声子模型由各向同性弹性连续介质理论与应力自由边界条件，和螺旋表面狄拉克费米子的相互作用是介导的变形势。我们确定了随温度变化的电阻率$ρ(T)$和准粒子衰减率$Γ(T)$可观察到的光电发射。这两个数量的低温和高温幂律得到解析。提供了Bi $_2$ Se $_3$的全部温度范围的详细估算值。
2011-11-17 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
