Detection of the interfacial exchange field at a ferromagnetic insulator-nonmagnetic metal interface with pure spin currents
在铁磁金属（NM）和铁磁绝缘体（FI）之间的界面处，自旋电流可以与磁化相互作用，导致自旋电流的调制。在这些FI-NM界面的界面交换场可以通过将该界面放置成与横向自旋阀（LSV）器件的自旋输运通道接触并观察额外的自旋弛豫过程来探测。研究了铁磁绝缘体EuS（EuS-LSV）和钇铁石榴石YPDMATHABMM Fe $_5$ O $_{12}$（YIG-LSV）附近的Cu自旋输运通道的横向自旋阀器件中的界面交换场.将自旋信号与在具有MgO或AlO $_x$覆盖的单晶硅/SiO $_2$衬底上制造的参考横向自旋阀器件进行比较。EuS-LSV和YIG-LSV中的非局域自旋阀信号分别低约4倍和6倍。自旋信号的抑制归因于由于界面自旋轨道场而在Cu-EuS（或Cu-YIG）界面处增强的表面自旋翻转概率。除了自旋信号的抑制外，我们还发现在$T \sim$ 30 K处的自旋信号中广泛观察到的低温峰在与EuS或YIG接触的情况下向更高的温度移动。不同注入器-检测器距离的自旋信号的温度依赖性揭示了在这些界面处的波动交换场导致额外的自旋退相干，其除了常规的自旋弛豫源之外还限制了自旋弛豫时间。结果表明，纯自旋电流随温度变化的测量方法可以用来探测铁磁绝缘体-铁磁金属界面的界面交换场。
2018-06-27 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
Nonmagnetic-Doping Induced Quantum Anomalous Hall Effect in Topological Insulators
在磁掺杂拓扑绝缘体中实验观察到量子反常霍尔效应。然而，超低温（通常低于300 mK），这主要是由于不均匀的磁性掺杂，成为一个艰巨的挑战，潜在的应用。本文提出了一种\textit{nonmagnetic}掺杂策略，在拓扑绝缘体中产生铁磁性并实现QAHE。我们数值计算表明，磁矩可以诱导由氮或碳取代在Bi $_2$ Se $_3$，Bi $_2$ Te $_3$，和Sb $_2$ Te $_3$，但只有氮掺杂的Sb $_2$ Te $_3$表现出长程铁磁性和保持大的体带隙。我们进一步表明，其相应的薄膜可以在17-29开尔文的温度下窝藏QAHE，这比类似系统中的典型温度高两个数量级。我们提出的\textit{nonmagnetic}掺杂方案可能为拓扑绝缘体中高温QAHE的实验实现提供新的思路。
2019-07-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Berry phase of phonons and thermal Hall effect in nonmagnetic insulators
对外加磁场作用下非磁性绝缘体中声子霍尔效应的产生机理进行了理论研究。PHE在（顺）磁性化合物中是已知的，其中磁矩和自旋轨道相互作用起着重要作用。与此形成鲜明对比的是，我们在这里表明，一个非零的声学声子的Berry曲率是由一个外部磁场由于绝热Born-Oppenheimer近似的修正。这导致了微带绝缘体中有限的霍尔热导率$κ_H$。我们对一个简单模型的$κ_H$的估计给出了在$ B=10 $ [T]和$ T=150 $ [K]处的$κ_H \sim 1.0\times 10^{-5} $ [W/Km]。
2019-01-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Nonmagnetic band gap at the Dirac point of the magnetic topological insulator (Bi$_{1-x}$Mn$_x)_2$Se$_3$
磁掺杂有望通过打破时间反转对称性在拓扑绝缘体的狄拉克点处打开带隙，并实现新的拓扑相。外延（Bi $_{1-x}$ Mn $_{x}$）$_{2}$ Se $_{3}$是一种典型的磁性拓扑绝缘体，具有明显的表面带隙$\sim100$ meV。我们表明，这种差距既不是由于铁磁秩序在体或在表面，也不是局部磁矩的Mn，使系统不适合实现新的阶段。我们进一步表明，锰掺杂不影响倒置体带隙和系统仍然拓扑非平凡。我们建议，强共振散射过程导致的狄拉克点的间隙，并支持这一点的观察间隙状态，使用共振光电发射。我们的研究结果建立了一个新的机制，间隙开放的拓扑表面状态，挑战目前已知的拓扑保护的条件。
2016-03-09 cond-mat.mes-hall
Intrinsic Spin Photogalvanic Effect in Nonmagnetic Insulator
我们发现，在自旋轨道耦合的帮助下，非线性光-物质相互作用可以有效地与自旋和谷自由度耦合。这表明自旋光电流效应可以在非中心对称的异质结绝缘体中产生长期追求的本征纯自旋电流（PSC）。与自旋和谷霍尔效应不同，这种光驱动的自旋电流具有普适性，并且不需要外加偏置场即可产生。使用第一性原理模拟，我们研究单层过渡金属二硫属化物（TMDs），以证明这种效果，并确认增强PSC下的线性偏振光激发。PSC的振幅比在单层TMD中观察到的电荷电流的振幅大一个数量级。这种奇特的非线性光-自旋相互作用表明，光可以作为一种快速的方式来操纵自旋极化电流，这对未来的低耗散纳米器件至关重要。
2020-06-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Multifractal nature of the surface local density of states in three-dimensional topological insulators with magnetic and nonmagnetic disorder
本文计算了二维空间中单个狄拉克费米子由于弱淬火无序引起的局域态密度涨落的多重分形谱。我们的结果与Z_2拓扑绝缘体如Bi_2Se_3和Bi_2Te_3的表面有关，在那里LDOS调制可以通过扫描隧道显微镜直接探测。我们发现一个定性的差异，在光谱中获得的磁性与非磁性的障碍。随机极化的磁性杂质诱导二次多重分形在一阶的杂质密度，相比之下，没有运营商表现出多重分形标度在这个顺序的非磁性杂质配置文件。对于时间反演不变的情况下，我们计算第一个非平凡的多重分形校正，它出现在两个循环（杂质密度平方）。我们讨论了光谱增强的狄拉克点，由于重整化，我们调查已知的结果强无序的相反的限制。
2012-02-22 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall
Dirac point spectral weight suppression and surface "gaps" in nonmagnetic and magnetic topological insulators
理论预测，当时间反演对称性被面外磁化破坏时，拓扑绝缘体表面的电子可以通过在狄拉克点打开能隙而获得质量（质量狄拉克费米子）.我们报道了一系列拓扑绝缘体材料的光电子能谱研究，重点是狄拉克节点附近的光谱行为。我们的研究结果表明，光谱强度被抑制，导致在材料中的“间隙”的功能，或没有任何磁性杂质或掺杂。磁掺杂样品中的塞曼间隙，预计是相当小的，很可能被掩盖的非磁性强光谱重量抑制涉及一个大的能量尺度，我们报告。因此，在狄拉克节点周围观察到的光发射光谱权重抑制不能作为时间反演对称性破缺磁隙的唯一证据。我们讨论了一些可能的外在和运动学的狄拉克点谱重抑制（“间隙”）在许多常用的拓扑材料中观察到的起源。
2012-12-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Doping-controlled surface conduction in topological insulators with warping effects
基于自洽的$t$矩阵近似，我们研究了磁性和磁性掺杂对拓扑绝缘体表面电子态和电导率的影响。我们发现，翘曲参数的掺杂表面的态密度和直流电导率有着至关重要的影响。随着翘曲强度的增加，高能量下的表面态密度被抑制，狄拉克点附近由杂质诱导的共振态逐渐消失。结果表明，在低翘曲强度下，磁性杂质破坏了电子-空穴对称性，而在表面磁掺杂时，电子-空穴对称性保持不变。研究结果表明，掺杂、外加磁场方向和杂质磁矩的方向可以控制表面电导率。此外，与具有圆形能量轮廓的材料相比，具有翘曲能量色散的拓扑绝缘体中的表面电导率特征不受杂质存在的显著影响。
2021-06-07 cond-mat.mes-hall
Optical transitions in two-dimensional topological insulators with point defects
拓扑绝缘体中电子态的非平凡性质不仅是表面态和边界态所固有的，而且也是结构缺陷处的束缚态所固有的。我们阐明了二维拓扑绝缘体的光学吸收谱中缺陷诱导束缚态的不寻常性质。对具有短程电位的缺陷进行了计算。我们发现，缺陷引起的外观的吸收光谱中的特定功能，这是一个固有的属性的拓扑绝缘体。它们具有两个或三个吸收峰的形式，这是由于类电子和类空穴束缚态之间的中心内跃迁。
2016-09-13 cond-mat.mes-hall
Topological defects in a double-mirror quadrupole insulator displace diverging charge
我们发现，拓扑缺陷的四极绝缘体不主机量子化的分数电荷，相反，他们的Wannier表示表明。特别是，我们测试的基础上的Wannier表示的参数缺陷和向错的电荷量子化假设。与预期相反，我们发现，局部电荷密度随距离的$\sim 1/r^2$衰减，导致发散的缺陷电荷。我们确定亚晶格对称性，而不是高阶拓扑结构的起源，以前报道的电荷量子化。
2022-07-21 cond-mat.mes-hall
Non-magnetic defects in the bulk of two-dimensional topological insulators
我们发现二维拓扑绝缘体中的非磁性缺陷对于每个自旋取向诱导两种束缚态：类电子态和类空穴态。根据缺陷势的符号，这些状态也可以是具有不同电子密度分布的两种。密度在中心具有最大值或最小值。由拓扑顺序引起的一个令人惊讶的效果是缺陷势的束缚态能量的奇异依赖性。
2014-08-12 cond-mat.mes-hall
Green's Function Method for Line Defects and Gapless Modes in Topological Insulators : Beyond Semiclassical Approach
在涉及拓扑绝缘体的异质结中出现的缺陷是控制系统的低能性质的无隙模式的来源，如Teo和Kane最近阐明的[Physical Review B82，115120（2010）]。计算与缺陷相关的拓扑不变量的标准方法是在半经典近似中处理由缺陷引起的空间不均匀性。本文利用格林函数方法，提出了一个描述三维非对称绝缘体中线缺陷的拓扑不变量的全量子公式。在全量子处理的基础上，我们证明了拓扑绝缘体-铁磁体三结系统存在非平凡拓扑不变量，而半经典近似不能描述该系统的拓扑相.此外，我们的方法使我们能够研究电子-电子相互作用和杂质散射的拓扑绝缘体的空间不均匀性，从而引起的轴子电动力学响应的影响。
2012-01-13 cond-mat.mes-hall
Topological classification under nonmagnetic and magnetic point group symmetry: Application of real-space Atiyah-Hirzebruch spectral sequence to higher-order topology
我们分类时间反转破缺（A类）spinful拓扑晶体绝缘体与晶体非磁性（32种）和磁性（58种）的点群。该分类包括所有可能的受点群对称性保护的磁性拓扑晶体绝缘体。尽管拓扑绝缘体的分类已知是由动量空间中的$K$理论给出的，但在存在复杂晶体对称性的情况下，计算$K$理论一直是一项困难的任务。这里我们考虑实空间中的$K$ -同调，而不是动量空间中的$K$ -理论，两者给出了相同的拓扑分类.我们应用Atiyah-Hirzebruch谱序列（AHSS）计算了$K$ -同调，这是一个计算广义（上）同调的数学工具.在实空间图像中，AHSS同时自然地给出了高阶拓扑绝缘体的分类。通过解决组扩展问题的基础上的物理参数的AHSS，我们完全确定可能的拓扑相位，包括高阶的每个点群。不同的高阶拓扑相位之间的关系进行了讨论的AHSS在$K$ -同源。我们发现，在某些量子点群和磁点群中，由两个$\mathbb{Z}_2$构成的二阶拓扑绝缘体的叠层可以光滑地变形为非平凡的四阶拓扑绝缘体，这意味着在AHSS中存在非平凡的群扩张.
2019-02-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Defect induced negative magnetoresistance and surface state immunity in topological insulator BiSbTeSe2
拓扑绝缘体的两个显著特征是不存在背散射和存在弱反局域化。我们发现，在低于50 K的温度下，缺陷的引入导致在拓扑绝缘体BiSbTeSe 2中出现对磁电阻的负贡献。我们的分析表明，负磁电阻起源于引入无序所产生的缺陷态密度的增加，这使得表面态不受影响。我们发现随着温度的升高，负磁阻贡献的幅度减小，并且拓扑表面态对外部无序的鲁棒性增强。
2015-05-31 cond-mat.mes-hall
Chiral Surface Modes in Three-Dimensional Topological Insulators
在三维拓扑绝缘体（3DTI）中，手征模应该出现在哪里是量子反常霍尔（QAH）效应的一个基本问题。在这封信中，我们表明，在一个板的铁磁3DTI进行均匀的交换场垂直于其顶部和底部表面，QAH效应创建一个单一的手性表面模式离域的侧面。类似地，在三维弥散张量成像中，量子自旋霍尔效应产生了由一对反向传播的手征表面模组成的离域螺旋模。
2016-04-18 cond-mat.mes-hall
Electrical resistance of individual defects at a topological insulator surface
三维拓扑绝缘体具有线性色散的表面态，表现为狄拉克锥。纳米尺度的传输测量提供了直接访问的狄拉克锥在真实空间中的传输特性，并允许详细调查的载流子散射。本文采用扫描隧道电位法对（Bi_（0.53）Sb_（0.47））_2Te_3拓扑绝缘体薄膜表面不同缺陷的电阻进行了分析。我们发现最大的局部电压降位于拓扑绝缘体膜中的畴边界处，其电阻率比台阶边缘的电阻率高约4倍。此外，我们解决了位于周围的样品表面的纳米级空隙的电阻率偶极子。通过电阻网络模型分析了这种缺陷对拓扑表面态电阻的影响。与其他缺陷相比，发现由空隙引起的影响很小。
2017-04-20 cond-mat.mes-hall
Giant topological magnetoelectric and optical Hall effects for topological insulator as a defect in photonic crystal
研究了由两个一维光子晶体夹持拓扑绝缘体平板作为缺陷的系统。提出了一种巨拓扑磁电效应，其特征是在光子带隙中出现两个半单位透射的共振峰和丰富的极化行为。我们还预测了一个巨大的光学霍尔效应在我们的系统中，其中传输光的横向位移可能是波长的千倍。这些效应纯粹来自于拓扑绝缘体界面处的$Θ$畴壁，并且可以容易地观察到。这些效应也可用于基本物理常数的灵敏检测。
2011-01-25 cond-mat.mes-hall
Bilinear magnetoresistance in topological insulators: role of magnetic disorder
双线性磁电阻是一种非线性输运现象，其与电场和磁场成线性比例，并且出现在具有强自旋-轨道耦合的超导系统中，例如拓扑绝缘体（TI）。利用半经典Boltzmann理论和广义弛豫时间近似，详细研究了三维拓扑绝缘体表面态的有效模型中的双线性磁电阻效应.我们表明，磁性杂质的存在下显着修改的BMR信号。一般来说，磁性杂质上的散射会降低BMR的大小。除此之外，当杂质势的自旋相关分量占主导地位时，BMR的角度依赖性出现了额外的调制。
2022-02-21 cond-mat.mes-hall
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
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
Stationary phase approximation approach to the quasiparticle interference on the surface of a strong topological insulator
拓扑绝缘体具有独特的自旋轨道耦合的表面态。在表面存在杂质的情况下，准粒子干涉图样是揭示表面态拓扑性质的有效方法，可以用扫描隧道显微镜进行探测。在本文中，我们提出了一个一般的解析公式的局域态密度使用固定相近似。本文讨论了具有一般形状的等能量围道的Friedel振荡的幂律。特别是，我们预测独特的签名的磁性杂质相比，在一个表面状态被困在一个“磁墙”的磁性杂质。
2012-02-08 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
Spin-charge transport driven by magnetization dynamics on disordered surface of doped topological insulators
利用格林函数方法，研究了掺杂三维拓扑绝缘体/磁性绝缘体结无序表面上的自旋、电荷产生和电子输运.我们发现掺杂拓扑绝缘体的无序表面上的自旋杂质散射不仅由局域磁化动力学引起，而且由非局域磁化动力学引起。我们还澄清了自旋电流以及电荷密度诱导的空间非均匀磁化动力学，和自旋电流扩散传播的无序表面上。利用这些结果，我们讨论了自旋和自旋流在表面产生前后的局域和非局域自旋力矩，并提供了一个检测自旋流的方法。
2015-05-01 cond-mat.mes-hall
Stationary phase approach to the quasiparticle interference on the surface of three dimensional strong topological insulators
拓扑绝缘体表面能带的等能量等值线（CEC）不仅随材料的不同而变化，而且在不同的能量下也不同。拓扑绝缘体表面缺陷散射产生的准粒子干涉是揭示CEC拓扑结构的有效途径，可以用扫描隧道显微镜（STM）进行探测。使用固定相的方法，一般的解析公式的局部态密度以及Friedel振荡的幂律，仅基于时间反演对称性和局部几何周围的散射端点的CEC。特别是预测了表面态对磁性杂质和非磁性杂质的不同响应，并提出了在拓扑绝缘体表面的封闭“磁墙”装置中进行测量。
2011-08-30 cond-mat.mes-hall
Failure of conductance quantization in two-dimensional topological insulators due to non-magnetic impurities
尽管有拓扑保护和磁性杂质的存在，二维拓扑绝缘体仅在令人惊讶的短通道中显示量子化电导，对于原子薄材料，其可以短至100 nm。我们发现，位于边缘附近的短程杂质和现场电子-电子相互作用的组合作用有效地创建非共线磁散射体，因此，在强背散射的结果。即使在零温度和电子-电子相互作用的适度强度下，该机制也会导致量子化的偏差。我们的理论提供了一个简单的概念框架来解释实验结果，特别是那些原子薄的晶体，与短程边缘无序困扰。
2019-01-05 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
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
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
Unidirectional Seebeck effect in magnetic topological insulators
利用半经典电子动力学和费米黄金法则理论研究了具有面内磁化的磁性/非磁性拓扑绝缘体（TI）异质结构中的温度梯度依赖或单向Seebeck效应（USE）.的USE有一个量子起源所产生的磁振子非对称散射的表面狄拉克电子上TI。本文讨论了Cr $_{x}$（Bi $_{1-y}$ Sb $_y$）$_{2-x}$ Te $_{3}$ /（Bi $_{1-y}$ Sb $_{y})_2$ Te $_{3}$ . USE显示出对磁化方向的$\cosϕ$依赖性（从$y$方向测量）。发现当体系由$p$ -掺杂转变为$n$ -掺杂时，USE的符号保持不变。在高温下，USE表现出与温度呈反线性关系。
2019-11-19 cond-mat.mes-hall
Quantum Corrals and Quantum Mirages on the Surface of a Topological Insulator
研究了拓扑绝缘体（TI）表面的量子相干。发现了反铁磁（NM）、反铁磁（AFM）和铁磁（FM）Corral诱导的不同的共振态，有趣的是，在FM Corral中自旋是明显的能量分辨，可以有效地用来操纵TI的表面载流子自旋.我们还表明，一个可观察到的量子海市蜃楼的磁性杂质可以从被占领的FM椭圆形畜栏的空焦点，而在NM和AFM畜栏的海市蜃楼信号变得可以忽略不计弱。此外，还讨论了量子相干中两个磁性杂质之间相互作用的调制。这些突出的效果可以通过自旋极化STM实验来测量。
2012-01-04 cond-mat.mes-hall
Berry-Curvature Exchange Induced Anderson Localization in Large-Chern-Number Quantum Anomalous Hall Effect
本文从理论上研究了双层石墨烯和磁性拓扑绝缘体薄膜中大陈数$\mathcal{C}$量子反常霍尔效应（QAHE）的局域化机制。我们发现，在存在的非线性无序，QAHE在这两个系统中成为安德森绝缘的预期时，无序强度足够大。然而，在自旋翻转障碍的存在下，在这两个主机材料的本地化机制是完全不同的。对于具有Rashba自旋轨道耦合的双层石墨烯，含$\mathcal{C}=4$的QAHE首先进入Berry曲率介导的金属相，然后随着无序强度的增加局域化为Anderson绝缘体.而在磁性拓扑绝缘体薄膜中，含$\mathcal{C=N}$的QAHE首先进入Berry曲率介导的金属相，然后随着无序强度的增加，转变为含${\mathcal{C}}={\mathcal{N}}-1$的QAHE，最后在${\mathcal{N}}-1$ QAHE和金属相之间循环后局域化到Anderson绝缘体中.对于后一个系统中的异常发现，通过对Berry曲率演化的分析，得知相变起源于导（价）带携带的Berry曲率的交换。最后，我们提供了一个与拓扑荷相关的唯象图像，以帮助理解这两种不同相变机制的物理起源。
2020-04-23 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
Spin and Charge Transport on the Surface of a Topological Insulator
我们推导了三维拓扑绝缘体螺旋金属表面自旋电荷耦合输运的扩散方程。这些方程的主要特点是自旋-电荷耦合的幅度很大，这导致了有趣的和可观察到的效果。特别是，我们预测了一个新的磁阻效应，这体现在一个非欧姆校正铁磁自旋极化电极和一个非线性电极之间的电压降，放置在顶部的螺旋金属。该校正与铁磁电极的自旋极化和两个电极之间的充电电流的叉积成比例。我们还证明了这种效果的可调性，通过施加栅极电压，这使得它可以操作所提出的设备作为晶体管。
2010-08-16 cond-mat.mes-hall
Collective excitations on a surface of topological insulator
研究了三维拓扑绝缘体表面螺旋电子液体中的集体激发。螺旋液体中的电子服从无质量无粒子的类狄拉克方程，其自旋方向严格由其动量决定。由于这种自旋动量锁定，系统中的集体激发表现为耦合的电荷和自旋密度波。我们发展了螺旋液体中自旋等离子体激元的量子场论描述，并研究了它们的性质和内部结构。计算了自旋等离子体激元激发时系统的自旋极化率。我们还考虑了自旋等离子体激元对磁性杂质和非磁性杂质以及外电势的散射，并表明散射主要发生在两个旁瓣中。与狄拉克电子气在石墨烯的类比进行了讨论。
2011-10-18 cond-mat.mes-hall
Spin Chern Pumping from the Bulk of Two-Dimensional Topological Insulators
拓扑绝缘体是近年来发现的一种新的物质量子态，具有非常规的体拓扑不变量。TI的实际应用的建议主要是基于它们的金属表面或边缘状态。在这里，我们报告的理论发现的体量子泵浦效应在二维TI电调制在绝热循环。在每个循环中，与样品宽度成比例的自旋量可以被泵送到自旋电极中，这归因于非零的自旋陈数$C_{\pm}$。此外，通过使用半金属电极，可以测量通用的量子化电荷泵浦电导率$-C_{\pm}e^2/h$。这一发现铺平了道路，直接调查的强大的拓扑性质的TI。
2016-01-13 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
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
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
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
Topological Materials Discovery from Crystal Symmetry
拓扑材料的发现在过去的15年中以快速的速度发展，在第一个拓扑拓扑绝缘体（TI），拓扑晶体绝缘体（TCI）和3D拓扑半金属（TSM）的识别之后。最近，通过完整的分析，允许的能带结构-包括拓扑量子化学（TQC）的理论-研究人员已经确定了晶体对称性增强威尔逊环和完整的基于拓扑相的指标，导致发现更高阶的TCI和TSM。TQC和相关方法在高通量材料发现中的最新应用已经揭示，超过一半的已知化学计量的、固态的、异质结材料在费米能级上是拓扑的，超过85%的已知化学计量的材料具有能量隔离的拓扑带，并且在已知材料中的能量隔离带中的略低于$2/3$的具有TI或TCI的稳定拓扑。在这篇评论中，我们调查拓扑电子材料发现在结晶固体从第一个2D和3D TI的预测最近推出的方法，促进了大规模的搜索拓扑材料。我们还讨论了未来的场地，为识别和操纵的固态拓扑相，包括电荷密度波化合物，磁性材料，和二维少层设备。
2021-11-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
Gap closing and universal phase diagrams in topological insulators
我们研究一个一般性的问题，如何在一个禁带绝缘体关闭通过调整一个参数。我们回顾了我们最近的结果分类的所有可能的差距关闭在两个和三个维度。结果表明，它们伴随着Z_2拓扑数的变化，能隙的闭合对应于量子自旋霍尔相和绝缘体相之间的相变.有趣的是，在反转非对称的三维系统中，量子自旋霍尔相和绝缘体相之间出现了一个无隙相。这种无间隙相位是由于三维中的间隙闭合点的拓扑性质，而不是二维中的。
2010-08-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
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
Large Unidirectional Magnetoresistance in a Magnetic Topological Insulator
本文报道了在磁性/半导体拓扑绝缘体（TI）异质结构Cr $_x$（Bi $_{1-y}$ Sb $_y$）$_{2-x}$ Te $_3$ /（Bi $_{1-y}$ Sb $_y$）$_2$ Te $_3$中的电流方向相关或单向磁电阻（UMR），它比其它已报道的系统大几个数量级。从磁场和温度的依赖关系，UMR被确定为起源于电子的磁振子的非对称散射。特别是，UMR的大幅度是自旋动量锁定和小费米波数在TI表面的结果。事实上，UMR在狄拉克点附近最大，费米波数最小。
2016-09-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
