Topological insulators (TIs) have attracted much attention due to their spin-polarized surface and edge states, whose origin in symmetry gives them intriguing quantum-mechanical properties. Robust control over the chemical potential of TI materials is important if these states are to become useful in new technologies, or as a venue for exotic physics. Unfortunately, chemical potential tuning is challenging in TIs in part because the fabrication of electrostatic top-gates tends to degrade material properties and the addition of chemical dopants or adsorbates can cause unwanted disorder. Here, we present an all-optical technique which allows persistent, bidirectional gating of a (Bi,Sb)2Te3 channel by optically manipulating the distribution of electric charge below its interface with an insulating SrTiO3 substrate. In this fashion we optically pattern p-n junctions in a TI material, which we subsequently image using scanning photocurrent microscopy. The ability to dynamically write and re-write mesoscopic electronic structures in a TI may aid in the investigation of the unique properties of the topological insulating phase. The optical gating effect may be adaptable to other material systems, providing a more general mechanism for reconfigurable electronics.
Electrostatic gating and the interference of chiral Majoranas in thin slabs of magnetic topological insulators
Institute for Cross-Disciplinary Physics and Complex Systems IFISC (CSIC-UIB)（跨学科物理与复杂系统研究所）；Department of Physics, University of the Balearic Islands（巴利阿里大学物理系）
Ultrafast Optical Excitation of a Persistent Surface-State Population in the Topological Insulator Bi2Se3
利用飞秒时间和角度分辨光电子能谱研究了拓扑绝缘体Bi 2 Se 3的非平衡动力学行为。我们研究了p型Bi_2Se_3，其中金属狄拉克表面态和体导带未被占据。光学激发导致在体导带边缘处的亚稳态布居，其供给表面态的非平衡布居，该非平衡布居持续>10ps。这种具有自旋纹理的金属狄拉克表面态的异常长寿的人口可能会提供一个驱动瞬态自旋极化电流的通道。
Bloch-Wannier theory of persistent current in a ring made of the band insulator: Exact result for one-dimensional lattice and estimates for realistic lattices
Persistent Coherence and Spin-Polarization of Topological Surface States on Topological Insulators
拓扑绝缘体上的无带隙表面态可以避免非磁性杂质的弹性散射，这使得它们成为低功率电子应用的有希望的候选者。然而，对于广泛的应用，这些状态应该保持相干，并在环境温度下显着自旋极化。在这里，我们研究的相干性和自旋结构的拓扑状态的表面上的模型拓扑绝缘体，Bi 2 Se 3，在高温下的自旋和角度分辨光电子能谱。我们发现一个非常弱的加宽和基本上没有衰减的自旋极化的拓扑表面状态到室温。我们的研究结果表明，拓扑绝缘体表面的拓扑态可以作为室温电子器件的基础。
Mapping the chemical potential dependence of current-induced spin polarization in a topological insulator
我们报告了在拓扑绝缘体器件中电流诱导的表面电流自旋极化的电测量，其中体导电和表面导电的贡献可以通过电门来解开。该器件使用铁磁隧道结（坡莫合金/Al 2 O3）作为背栅（Bi，Sb）2 Te 3通道上的自旋检测器。我们观察到滞后电压信号的检测器铁磁体的磁化切换平行或反平行的自旋极化的表面电流。检测到的电压变化的幅度与（Bi，Sb）2 Te 3通道中施加的DC偏置电流成线性比例。由于化学势从体能带调谐到表面态能带，我们观察到静电门控范围内自旋相关电压的增强高达300%。使用一个简单的模型，我们提取的自旋极化附近的电荷中性（即狄拉克点）。
Berry Curvature Engineering by Gating Two-Dimensional Antiferromagnets
最近在调整二维（2D）磁体的电子，磁性和拓扑性质方面的进展开辟了量子物理研究的新前沿，并为未来的量子技术提供了令人兴奋的可能性。在本研究中，我们发现双闸极技术可以很好的调整反铁磁性（AFM）甚至七层（SL）MnBi $_2$ Te $_4$薄膜的电子与拓扑性质。在破坏$\mathcal{PT}$对称性的面外电场作用下，薄膜的Berry曲率可以被有效地控制，从而导致异常霍尔信号的巨大变化。在临界电场之外，双SL MnBi $_2$ Te $_4$薄膜变为具有3的高陈氏数的陈氏绝缘体。我们进一步证明，这种2D材料可以用作AFM开关通过电场控制的AH信号。这些发现启发了未来AFM自旋电子应用的低功耗存储器原型的设计。
Topological Insulator-Based van der Waals Heterostructures for Effective Control of Massless and Massive Dirac Fermions
三维（3D）拓扑绝缘体（TI）是一类重要的材料，在电子学、自旋电子学和量子计算中具有应用。随着最近真正的体绝缘3D TI的发展，已经有可能在电输运测量中实现表面主导的现象，例如拓扑表面态（TSS）中无质量狄拉克费米子的量子霍尔（QH）效应。然而，为了实现更先进的设备和现象，需要一种平台来以干净的方式调谐TSS或修改它们，例如通过与磁绝缘体接近来使它们间隙化。在这里，我们介绍了范德华（vdW）异质结构的形式拓扑绝缘体/绝缘体/石墨有效地控制化学势的TSS。利用两种类型的栅介质，正常绝缘体六方氮化硼（hBN）和铁磁绝缘体Cr2 Ge 2 Te 6（CGT）来调节四元TI BiSbTeSe 2中TSS的电荷密度。hBN/石墨门控在QH制度表明，通过抑制无质量狄拉克费米子的磁导率，TSS的量子化得到了改善。CGT/石墨门控质量狄拉克费米子在QH制度产生半量子化霍尔电导步骤和狄拉克间隙的措施。我们的工作显示了vdW平台在创建先进的高质量TI器件方面的前景。
Persistent Interfacial Topological Hall Effect Demonstrating Electrical Readout of Topological Spin Structures in Insulators
University of Nebraska, Lincoln（内布拉斯加大学林肯分校）；Fudan University（复旦大学）；North Carolina State University（北卡罗来纳州立大学）；Georgia Institute of Technology（佐治亚理工学院）；Bryn Mawr College（布林茅尔学院）；Argonne National Laboratory（阿贡国家实验室）
Optical control of conductivity type and valley polarization via persistent photoconductivity in (Pb,Sn)Se quantum wells
International Research Centre MagTop, Institute of Physics, Polish Academy of Sciences（波兰科学院物理研究所磁学国际研究中心）；Laboratoire de Physique de l’Ecole normale supérieure, ENS, Université PSL, CNRS, Sorbonne Université（巴黎高等师范学院物理实验室，ENS，PSL大学，CNRS，索邦大学）；National Technical University ”KhPI”（国立技术大学（哈尔科夫理工学院））；Laboratoire National des Champs Magnétiques Intenses, CNRS, LNCMI, Université Grenoble Alpes, Univ. Toulouse, INSA Toulouse, EMFL（强磁场国家实验室，CNRS，LNCMI，格勒诺布尔阿尔卑斯大学，图卢兹大学，图卢兹国立理工学院，EMFL）；Department of Physics, Chungnam National University（忠南国立大学物理系）；Institute for Sciences of the Universe, Chungnam National University（忠南国立大学宇宙科学研究所）
Persistent currents, whirlpools, and local Chern markers in twisted TMD Chern insulators
Scuola Normale Superiore（比萨高等师范学院）；International School for Advanced Studies (SISSA)（国际高等研究院）；Dipartimento di Fisica dell’Università di Pisa（比萨大学物理系）；Istituto Nanoscienze – CNR（意大利国家研究委员会纳米科学研究所）；Department of Physics, Harvard University（哈佛大学物理学系）
Local optical control of ferromagnetism and chemical potential in a topological insulator
许多涉及拓扑绝缘体（TI）的实验需要对时间反演对称性和化学势进行空间控制。我们展示了可重构的微米尺度的光学控制的磁化强度（打破时间反转对称性）和化学势的铁磁薄膜的Cr-（Bi，Sb）$_2$ Te $_3$生长在SrTiO $_3$。通过光学调制薄膜的磁化率，我们在它们的回复磁化中写入和擦除任意图案，然后用克尔显微镜成像。此外，通过光学操纵的空间电荷层在下面的SrTiO $_3$衬底，我们控制的局部化学势的薄膜。这种光学选通效应使我们能够在薄膜中写入和擦除pn结，我们用光电流显微镜研究。这两种效应都是持久的，并且可以在几微米尺度上独立地形成图案和成像。动态光学控制的磁化强度和化学势的TI可能是有用的努力，以了解和控制的边缘状态预测在磁畴壁的量子异常霍尔绝缘体。
Topological Control: Systematic control of topological insulator Dirac fermion density on the surface of Bi2Te3
三维（3D）拓扑绝缘体是具有自旋-轨道诱导的体绝缘带隙的量子材料，其在不存在外加磁场的情况下表现出量子霍尔现象。拓扑绝缘体在器件几何结构中的拟议应用依赖于在狄拉克节点附近调节其表面上的化学势的能力。在这里，我们展示了一套基于光掺杂和分子掺杂相结合的表面控制方法，以系统地调整Bi 2 Te 3的拓扑（111）表面上的狄拉克费米子密度。它们的功效通过使用高分辨率角分辨光电子能谱（ARPES）的直接电子结构拓扑测量来证明。这些结果为探索Bi 2 Te 3表面Dirac电子的拓扑行为提供了新的机会。这里所示的方法中的至少一种可以成功地应用于其他拓扑绝缘体，例如Bi{1-x}Sb{x}、Sb 2 Te 3和Bi 2Se 3，这些将在别处示出。更重要的是，我们的拓扑表面状态操纵的方法在这里展示了非常适合未来的拓扑现象，这将补充从传统的电门控技术获得的传输结果的光谱研究。
Probing the quantum metric of 3D topological insulators
University of Geneva（日内瓦大学）；Institute of Materials Science of Barcelona (ICMAB-CSIC)（巴塞罗那材料科学研究所（ICMAB-CSIC））；Dipartimento di Fisica ‘E. R. Caianiello’, Universitá di Salerno（萨莱诺大学物理系‘E. R. Caianiello’）；CNR-SPIN c/o Universita’ di Salerno（意大利国家研究委员会自旋物理中心（依托萨莱诺大学））；CNR-IMM（意大利国家研究委员会微电子与微系统研究所）
Spectroscopic signatures of persistent exciton condensation in a bulk magnetic topological insulator
Stanford University（斯坦福大学）；Aarhus University（奥胡斯大学）；Università degli Studi di Trieste（的里雅斯特大学）；Elettra - Sincrotrone Trieste S.C.p.A.（Elettra-的里雅斯特同步辐射中心）；Tohoku University（东北大学）；Technical University of Denmark（丹麦技术大学）
Gate-tuned Differentiation of Surface-conducting States in Bi1.5Sb0.5Te1.7Se1.3 Topological-insulator Thin Crystals
使用场角，温度和背栅电压依赖性的弱反本地化（WAL）和普遍的电导波动薄Bi 1.5 Sb 0.5 Te 1.7 Se 1.3拓扑绝缘体单晶，结合栅极调谐霍尔电阻率测量，我们可靠地分离的拓扑性质的表面导电体导电和拓扑平凡的表面导电。我们最大限度地减少了晶体中的体传导和背栅调谐费米能级的拓扑底表面带，同时保持顶面不敏感的背栅与最佳晶体厚度？100 nm。我们认为，在相对较低的磁场的载流子的相干扩散运动发生的WAL效应是更重要的比其他运输工具，如Shubnikov-de Hass振荡确认导电的拓扑保护的表面状态。我们的方法提供了一个高度连贯的图片的表面输运性质的TI和一个可靠的手段，调查的基本拓扑性质的表面导电和可能的量子器件的应用相关的动量锁定自旋极化的表面状态。
Ambipolar Field Effect in Topological Insulator Nanoplates of (BixSb1-x)2Te3
拓扑绝缘体代表了量子物质的一种新状态，对基础物理和技术应用（如自旋电子学和量子信息处理）都有吸引力。在拓扑绝缘体中，体能隙被自旋-动量锁定的表面态穿过，形成具有独特电子性质的奇数个表面带。然而，输运测量通常由来自晶体缺陷或环境掺杂的残留体载流子主导，其掩盖了拓扑表面贡献。在这里，我们证明（BixSb 1-x）2 Te 3作为一个可调的拓扑绝缘体系统，通过改变Bi/Sb的组成比来操纵体电导率。通过角分辨光电子能谱（ARPES）测量和从头计算，证实了（BixSb 1-x）2 Te 3在整个组成范围内都是拓扑绝缘体。此外，我们观察到一个明确的双极门控效应类似于在石墨烯中观察到的（BixSb 1-x）2 Te 3的场效应晶体管（FET）器件中使用纳米片。本研究中展示的拓扑绝缘体纳米结构中载流子类型和浓度的操纵为拓扑绝缘体在纳米电子学和自旋电子学中的实现铺平了道路。
Gate-Variable Mid-Infrared Optical Transitions in a $(Bi_{1-x}Sb_x)_2Te_3$ Topological Insulator
我们报告了静电门控拓扑绝缘体的中红外光谱测量，其中我们观察到随着门控移动费米能级，（Bi 1-xSbx）2 Te 3薄膜的透射率和反射率发生百分之几的调制。采用外延剥离法将拓扑绝缘体薄膜从红外吸收SrTiO 3生长衬底大面积转移到热氧化硅衬底上，测量了栅控（Bi 1-xSbx）2 Te 3薄膜的红外透射率。我们将这些光学实验与传输测量和角度分辨光电子能谱相结合，以确定所观察到的光谱调制作为门驱动的光谱权重之间的批量和拓扑表面通道和带间和带内通道的转移。我们开发了一个模型的门控（Bi 1-xSbx）2 Te 3的复介电常数，并找到一个很好的匹配我们的实验数据。这些结果开辟了层状拓扑绝缘体材料作为一个新的候选人可调谐红外光学的路径，并突出了体和自旋极化表面制度之间切换拓扑光电现象的可能性。
