Magnetic-Field Tunable Möbius and Higher-Order Topological Insulators in Three-Dimensional Layered Octagonal Quasicrystals
该研究构建堆叠 Ammann-Beenker 准晶模型，证明磁场可在三维八次准晶中诱导并切换 Möbius 绝缘体及多种高阶拓扑相。
2025-07-23 cond-mat.mes-hall
Quantized crystalline-electromagnetic responses in insulators
研究提出多极Chern绝缘体，通过非对称动量空间对称性和镜像对称性实现量化晶格-电磁响应，并验证其拓扑特性。
2025-03-31 cond-mat.mes-hall
Chess-board Acoustic Crystals with Momentum-space Nonsymmorphic Symmetries
本研究通过棋盘通量声学晶体实验，发现动量空间中的非对称性滑移反射，将布里渊区拓扑从环面变为克莱因瓶，拓展了拓扑分类。
2023-05-11 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Acoustic Möbius insulators from projective symmetry
对称性在物质相的分类中起着至关重要的作用。结晶对称性如何丰富材料的拓扑分类，并使非常规现象在拓扑非平凡的例子。经过过去十年的广泛研究，拓扑晶体绝缘体和半金属的列表似乎是详尽的，并得出结论。然而，在规范对称性的存在下，常见但不限于人造晶体，晶体对称性的代数结构需要投影表示，从而产生了前所未有的拓扑物理学。在这里，我们证明了这一新的想法，利用投影平移对称性和构造各种莫比乌斯扭曲的拓扑相位。在实验上，我们首次在声学晶体中实现了两种莫比乌斯绝缘体：二维的一阶能带拓扑和三维的高阶能带拓扑。我们通过对它们的局域化的实空间可视化、对它们的4π周期性的动量空间光谱以及对它们的投影平移本征值的相空间缠绕，明确地观察到了奇特的莫比乌斯边缘态和铰链态。我们的工作不仅为规范对称性和晶体对称性之间的相互作用下的人工系统开辟了一条新的途径，而且还从投影对称性出发初始化了拓扑物理学的新框架。
2021-07-30 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Plethora of Coexisting Topological Band Degeneracies in Nonsymmorphic Molecular Crystal OsOF$_5$
在固体的能带理论中，简并以点、线、面的形式出现。自从认识到物质的无隙拓扑量子相以来，带简并的拓扑性质最近得到了重视。基于第一性原理计算，我们报道了卤氧化锇OsOF $_5$中的拓扑半金属相，它具有零维Weyl点、一维节线和二维节面.半金属相由电子填充约束保证，而各种维度的能带简并由非对称晶体对称性保护。针对跨越费米能级的两个节点环，我们证明了$π$ Berry相对它们的拓扑保护，并描述了由非平凡的$\mathbb{Z}_2$指数拓扑连接的鼓面表面态。我们的预测突出OsOF $_5$作为一种独特的拓扑材料，其中丰富的各种拓扑简并存在于一个狭窄的能量范围内接近费米能级，由于这种材料的分子晶体结构。
2018-08-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Möbius Insulator and Higher-Order Topology in MnBi$_{2n}$Te$_{3n+1}$
我们提出MnBi $_{2n}$ Te $_{3n+1}$作为一个磁可调平台，实现各种安全保护的高阶拓扑结构。其倾斜的反铁磁相可以容纳具有莫比乌斯扭曲的奇异拓扑表面状态，这些状态受到非对称对称性的保护。此外，承载莫比乌斯费米子的相对表面通过一维手征铰链模式连接，这提供了高阶拓扑莫比乌斯绝缘体的第一个材料候选者。我们揭示了一个一般的机制，可行地诱导这种奇异的物理通过施加一个小的面内磁场的反铁磁拓扑绝缘相的MnBi $_{2n}$ Te $_{3n+1}$，以及其他建议的轴子绝缘体。对于其他的磁性配置，两类反转保护的高阶拓扑相是普遍存在的，在这个系统中，这都表现出带隙表面和无隙手征铰链模式。我们系统地讨论了它们的分类，微观机制和实验签名。值得注意的是，不同的手性铰链模式配置之间的磁场诱导的过渡提供了一个有效的“拓扑磁开关”。
2019-11-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Experimental Discovery of the First Nonsymmorphic Topological Insulator KHgSb
拓扑绝缘体（TI）拥有量子物质的新态，与平凡绝缘体的区别在于存在连接价带和导电体带的非平凡导电边界态。到目前为止，实验上发现的所有TI都依赖于时间反演或对称镜像对称的存在来保护无质量的Dirac-like边界态。最近，理论上提出了几种材料是由非对称对称性保护的新型TI，其中滑动镜可以保护具有沙漏形色散的新颖奇异表面费米子。然而，这种新的非对称TI（NSTI）的实验确认仍然缺失。利用角分辨光电子能谱，我们发现KHgSb晶体的（010）面存在这种沙漏拓扑结构，而（001）面没有边界态，这与第一性原理计算完全一致.因此，我们的实验表明，KHgSb是一个NSTI托管沙漏费米子。这一发现拓展了拓扑绝缘体的分类，为材料非对称拓扑性质的研究开辟了新的方向。
2016-05-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Möbius topological superconductivity in UPt$_3$
经过三十多年的深入研究，重费米子超导体UPt $_3$中的多重超导相和奇宇称库珀对已被阐明。我们确定了一个时间反演不变的超导相的UPt $_3$作为最近提出的拓扑非对称超导。结合UPt $_3$的能带结构、$P6_3/mmc$空间群对称性所允许的$E_{\rm 2u}$表示的序参数和$K$-理论的拓扑分类，我们证明了滑移对称性所丰富的三维DIII类的非平凡$Z_2$-不变量.相应地，在表面布里渊区边界处出现了双马约拉纳锥表面态。此外，我们显示了各种表面状态，并阐明了晶体对称性的拓扑保护。对应于可调外尔点的Majorana弧出现在时间反演对称破缺的B相中。揭示了镜像陈数保护的Majorana锥和滑移缠绕数保护的Majorana平带。
2017-06-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Topological semimetals protected by off-centered symmetries in nonsymmorphic crystals
拓扑半金属在费米能附近的能带在动量空间中的孤立点/线/平面处粘在一起，这通常伴随着稳定的表面态和有趣的体拓扑响应。虽然已经知道某些晶体对称性在保护能带简并中起重要作用，但是仍然缺乏用于稳定简并的一般配方，特别是在存在自旋轨道耦合的情况下。在这里，我们表明，一类新的拓扑半金属的点/线节点可以出现在偏心旋转/镜像对称的对称线/平面是从其他对称的中心在非对称晶体的存在。由于垂直于旋转轴/镜像平面的部分平移，偏心旋转/镜像对称总是迫使两个能带粘在一起，并在动量空间中的相关不变线/平面中形成双重态对。这样的一个双重对提供了一个基本的积木新兴的拓扑半金属与点/线节点的系统与强自旋轨道耦合。
2016-10-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Line nodes, Dirac points and Lifshitz transition in 2D nonsymmorphic photonic crystals
拓扑学的相变，吸引了几代物理学家，总是以能隙闭合为界。在这项工作中，我们提出了非常简单的二维光子晶体晶格的间隙关闭点，即带退化保护的非对称对称性。我们的光子结构相对容易制造，每个单元格由两个不等效的介电圆柱体组成。沿高对称性方向，他们表现出线退化保护的滑移反射对称性，我们明确证明了$pg,pmg,pgg$和$p4g$非对称群。在存在时间反演对称性的情况下，它们还表现出受与晶体对称性相关的$Z_2$拓扑数保护的点简并性（狄拉克点）。引人注目的是，强大的保护$pg$ -对称性允许Lifshitz过渡到II型狄拉克锥在很宽的实验参数范围内，从而提供了一个方便的路线实现异常折射。进一步的潜在应用包括基于电致应变的交通信号灯装置，其动态地将晶格对称性从$pgg$切换到更高的$p4g$对称性。这控制了狄拉克点的聚合，从而控制了晶体内的群速度。
2017-04-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Chern Insulators on a Twisted Klein Bottle
The University of Hong Kong（香港大学）
本文提出动量空间非对称手性对称性自然产生于二分格点，导致扭曲克莱因瓶上可承载非零陈数，为拓扑相提供新分类原则。
2026-09-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
Classification of topological crystalline insulators based on representation theory
拓扑晶体绝缘体定义了一类新的拓扑绝缘体相，其具有由晶体对称性保护的无隙表面态。在这项工作中，我们提出了一个一般的理论来分类拓扑晶体绝缘体相的基础上表示理论的空间群。我们的方法是直接识别具有特定表面的半无限系统中可能的非平凡表面态，其对称性可以用17个二维空间群来描述。我们再现了现有的拓扑晶体绝缘体的结果，如$pm$或$pmm$组中的镜像陈绝缘体，$p4m$、$p31m$和$p6m$组中的$C_{nv}$拓扑绝缘体，以及$pg$和$pmg$组中的拓扑非对称晶体绝缘体。除了这些已有的结果外，我们还得到了以下新的结果：（1）存在两个整数镜像Chern数（$\mathbb{Z}^2$），但只有一个（$\mathbb{Z}$）在$cm$或$p3m1$组中对于无脊椎和脊椎病例;（2）对于$pmm$（$cmm$）群，在无自旋情况下没有拓扑分类，但有$\mathbb{Z}^4$（3）我们显示了$\mathbb{Z}^2$组中的拓扑结晶绝缘体相与$pm$组中的拓扑结晶绝缘体相的关系;（4）我们确定了$p4m$、$p31m$和$p6m$的拓扑分类;（5）在$pgg$和$p4g$群中也发现了拓扑非对称晶体绝缘体，与$pg$和$pmg$群相比，这些晶体绝缘体具有新的性质。我们强调了在某些特定的高对称动量的状态的不可约表示的拓扑结晶相的分类的重要性。我们的理论可以作为一个指导，在现实材料中的拓扑晶体绝缘体相…
2016-01-28 cond-mat.mes-hall
Composite Dirac Semimetal
弱拓扑绝缘体和狄拉克半金属分别是具有不同拓扑性质的带隙相和节相。在这里，我们提出了一种新的拓扑相，表现出的功能，并被称为复合狄拉克半金属（CDSM）。在其本体中，CDSM具有一对狄拉克点和一对沿高对称路径反转的带，在侧面，连接投影狄拉克点的一对费米弧与穿过表面布里渊区的一对费米环共存。非对称对称性决定了费米弧和费米环之间的简并性。我们的特点的CDSM由多个拓扑不变量，并表明，在过渡不破坏任何对称性，它变形成一个拓扑晶体绝缘体托管两对表面费米环。我们证明了CDSM在两个模型中，并预测其实现在KAuTe家族材料。
2019-04-16 cond-mat.mes-hall
Topological nodal line semimetals with and without spin-orbital coupling
我们从理论上研究了具有晶体对称性保护的节线的三维拓扑半金属。与具有点节点的TSM相比，例如，Weyl半金属和Dirac半金属，其中导带和价带在离散点处接触，在这些新的TSM中，两个带在布里渊区的闭合线处交叉。我们提出了两类新的对称性保护的节线的存在和存在的自旋轨道耦合（SOC）的情况下，分别。在前者中，我们讨论的节线的反演对称性和时间反演对称性相结合的保护，但不像任何以前研究的节线在同一对称类，每个节线有一个$Z_2$负电荷，只能创建（湮灭）成对。在第二类中，与SOC，我们表明，非对称性（螺旋轴）保护四带交叉节线的系统具有反转和时间反演对称性。
2015-07-22 cond-mat.mes-hall
Termination Dependent Topological Surface States in Nodal Loop Semimetal HfP2
对称性在物理学的所有学科中都起着重要的作用。在拓扑材料领域内，人们对理解晶体和内部对称性的力学如何保护导带和价带之间的交叉有很大的兴趣。此外，探索这一方向可以导致对具有各种对称性的晶体的拓扑性质的更深入的理解。首次报道了用角分辨光电子能谱（ARPES）对节环半金属HfP 2拓扑表面态的实验观测，并得到了第一性原理计算的支持.我们的研究表明，在这种化合物的终止依赖的表面状态。我们的实验数据显示，表面状态连接到三个独特的节点回路，理论计算证实是拓扑非平凡的。这项工作表明，过渡金属双镍族化合物提供了一个很好的平台，研究非平凡的非对称对称性保护的拓扑状态。
2019-06-23 cond-mat.mes-hall
Quasi-1D Planar Magnetic Topological Heterostructure
MIPT（莫斯科物理技术学院）；Abrikosov Center for Theoretical Physics, MIPT（莫斯科物理技术学院阿布里科索夫理论物理中心）；Institute of Physics of DFRS, Russian Academy of Sciences（俄罗斯科学院达吉斯坦共和国科学中心物理研究所）
本文提出一种由交替拓扑和正常绝缘体条带构成的准一维磁性异质结构，通过混合哈密顿量研究其低能物理特性，揭示了拓扑不变量和磁缺陷在区分拓扑相中的作用。
2026-04-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
$\mathbb{Z}_2$-projective translational symmetry protected topological phases
对称性是拓扑相的基础。在存在规范场的情况下，空间对称性将被投影表示，这可能改变它们的代数结构并产生新的拓扑相。我们表明，$\mathbb{Z}_2$投影表示平移对称算子采用不同的交换关系，并成为动量依赖类似于双重非对称对称。结合其他内部或外部对称性，它们产生了许多奇异的能带拓扑，如布里渊区整个边界的简并，钉扎在布里渊区拐角处的单个四重Dirac点，以及每个动量点的Kramers简并。有趣的是，狄拉克点临界性可以通过打破一个原始平移而提升，从而产生拓扑绝缘体相，其中边缘带具有莫比乌斯扭曲。我们的工作开辟了一个新的研究领域，探索由射影表示的空间群保护的拓扑相位。
2020-10-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el quant-ph
Projective crystal symmetry and topological phases
本文解释投影晶体对称性的基本概念与最新进展，指出其独特的动量空间非点式对称性特征可将动量空间基本域简化为多种平坦紧致流形，丰富拓扑结构，并展望未来研究方向。
2025-09-24 cond-mat.mes-hall
Symmetry-adapted models for multifold fermions with spin-orbit coupling
本文提出基于晶体对称性的多重费米子模型，结合自旋-轨道耦合和外部场，揭示磁单极子配对湮灭现象，为研究多重费米子的外场响应和输运现象提供理论基础。
2025-08-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Observation of Gapless Dirac Surface States in ZrGeTe
拓扑狄拉克半金属的实验发现为在实际材料中寻找各种奇异量子相提供了一个平台。最近出现的ZrSiS型材料作为拓扑线半金属，其中观察到带隙的Dirac类表面态。在这里，我们提出了一个系统的角度分辨光电子能谱（ARPES）研究ZrGeTe，非对称保护狄拉克半金属。我们在布里渊区的同一个$\bar X$点上观察到两个类狄拉克无带隙表面态。我们的理论分析和第一性原理计算表明，这些是由晶体对称性保护。因此，ZrGeTe出现作为一个罕见的例子，自然微调系统的对称性和非对称对称性之间的相互作用导致丰富的现象学，从而打开了机会，以调查物理学的狄拉克半金属和拓扑绝缘相实现在一个单一的材料。
2017-11-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Magnetic response of Majorana Kramers pairs with an order-two symmetry
我们研究了在时间反演不变的拓扑超导体表面上，Majorana Kramers对，Majorana费米子的Kramers对的体电子态的拓扑结构和磁响应之间的内在关系。由于时间反演和晶体对称性之间的相互作用，Majorana Kramers对对各向异性地响应于施加的磁场。在本文中，我们提出了一个系统的程序来确定这样的表面磁响应系统的二阶对称性。从分析的拓扑不变量与二阶对称性，它被发现，磁响应分为四种类型，这是由于不同的拓扑不变量，并表现出可区分的，特征的磁响应。对于一个Kramers对保护的$\mathbb{Z}_2$拓扑不变量的马约拉纳费米子，我们澄清，磁响应的类型只确定从费米-表面拓扑结构和对称性的库珀对。最后，我们将我们的理论应用到拓扑非对称晶体超导态的UCoGe，它具有双轴各向异性的磁响应。
2021-01-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Three-dimensional topological photonic crystal with a single surface Dirac cone
表面上的单个狄拉克锥是三维（3D）拓扑绝缘体的标志，其中狄拉克点处的双简并性由时间反演对称性保护，并且远离该点的自旋分裂由自旋轨道耦合提供。在这里，我们预测一个单一的狄拉克锥表面态的3D光子晶体，在狄拉克点的简并保护由非对称的滑移反射和线性分裂远离它是通过打破时间反演对称性。这样的无间隙表面状态对于任何类型的随机无序都是完全鲁棒的。这种玻色子拓扑能带结构是通过施加交替磁化来间隔在我们的晶体大部分中发现的3D“广义狄拉克点”来实现的。$Z_2$体不变量的特点是通过Wannier中心的演变。我们的提议--在微波频率下使用亚铁磁材料很容易实现--也可以被看作是拓扑晶体绝缘体的光子模拟，提供了第一个3D玻色子保护拓扑系统。
2015-07-01 cond-mat.mes-hall physics.optics
BaHgSn: A Dirac semimetal with surface hourglass fermions
我们提出BaHgSn是一种狄拉克半金属（DSM），它可以在非对称滑移对称性的保护下拥有沙漏状表面态（HSSs）。与具有相同HSSs的同构拓扑晶体绝缘体KHgSb相比，BaHgSn在$Γ$点处具有额外的带反转。这种能带反转是由于Hg-Sn蜂窝层之间的层间耦合比Hg-Sb蜂窝层之间的层间耦合强，导致BaHgSn中沿层堆叠方向$Γ$ - $A$出现体狄拉克节点。另外，由镜面$\overline{M}_{z}$保护的镜面陈数$C_{i}$（$k_z$ =0）从KHgSb中的2变为BaHgSn中的3。因此，当沿$y$轴施加压缩单轴应变以破坏保护DSM状态的旋转对称性时，BaHgSn变成具有$(1;000)$的$Z_{2}$指数的强拓扑绝缘体，并且拓扑表面狄拉克锥与（010）表面上的HSS共存。威尔逊环谱已被计算，以验证这些拓扑特征。计算的表面态，费米面和准粒子干涉图案准备与实验测量进行比较。
2020-03-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Nodal surface semimetals: Theory and material realization
本文从理论上研究了具有晶体对称性保护的节面的三维拓扑半金属。与人们熟知的点半金属和线半金属不同，在这些材料中，导带和价带在布里渊区的封闭节面上交叉。我们提出了不同类别的节面，无论是在存在和不存在的自旋轨道耦合（SOC）。在没有SOC的情况下，一类节点表面可以通过时空反演对称性和亚晶格对称性来保护，并通过$\mathbb{Z}_2$指数来表征，而另一类节点表面则通过非对称的二重螺旋旋转对称性和时间反演对称性的组合来保证。我们表明，SOC的包含将破坏前一类节点表面，但如果反转对称性被破坏，则可以保留后者。我们进一步推广的结果，磁有序系统，并表明，保护节点表面也可以存在于磁性材料中没有和SOC，给定一定的磁群对称性要求得到满足。通过第一性原理计算，对几个具体的金属表面材料实例进行了预测。讨论了多节面材料的可能性。
2018-03-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
A Cohomological Framework for Topological Phases from Momentum-Space Crystallographic Groups
本文提出动量空间晶格群的上同调理论，用于分类晶格拓扑绝缘体和描述点群作用的扭动，提供代数方法的拓扑不变量。
2025-12-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el math-ph
Six-fold Excitations in Electrides
在凝聚态物理中，由于缺乏完全的旋转对称性，固体表现出狄拉克和外尔费米子之外的新激发，其中六重激发由于玻色子系统中最大简并的存在而引起了人们的极大兴趣。在这里，我们提出了一个单一的线性色散六重激发可以发现在锂$_{12}$镁$_3$硅$_4$及其衍生物。六重激发由基本能带表示的浮带- $A@12a$ -形成，浮带源自以空位（${\it i.e.}$，$12a$ Wyckoff位置）为中心的过量电子。存在一个独特的拓扑体表面边缘对应的无自旋的六重激发，导致平凡的表面费米弧，但非平凡的铰链弧。所有能量带隙的$k_z$ -切片属于二维（2D）高阶拓扑绝缘相，其由组合对称性${\mathcal T}{\widetilde S_{4z}}$保护并且由量化分数角电荷$Q_{corner}=\frac{3|e|}{4}$表征。因此，铰链弧中得到的铰链频谱的$\widetilde S_{4z}$对称杆结构。具有单一六重激发的状态，由非对称晶体对称性和时间反转对称性稳定，位于相边界处，并且可以通过明确的对称性破缺而被驱动到各种拓扑不同的相中，使得这些晶体结构成为系统研究不同拓扑相的有希望的平台。
2020-06-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
