Experimental Progress on Layered Topological Semimetals
本文综述了近年来层状拓扑材料的实验研究进展，重点介绍了过渡金属二硫属化合物的1 T、Td和1 T '结构相。它们的电子量子态非常丰富，而且许多都是拓扑非平凡的，如多层膜中的Dirac/Weyl半金属相和单层膜中的量子自旋Hall绝缘体相。内容涵盖了材料合成，基本表征，角分辨光电子能谱测量，传输和光学响应的最新主要进展。在此基础上，展望了拓扑物理与二维范德华层状异质结构的结合所带来的令人兴奋的未来可能性。
2019-02-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Visualizing "Fermi arcs" in the Weyl semimetal TaAs
外尔半金属的标志之一是存在不寻常的拓扑表面状态，称为“费米弧”[1-3]。这些状态的形成是由具有相反手征的体外尔点的存在所保证的。砷化钽（TaAs）[4-9]是新发现的Weyl半金属[4，5]家族的成员，具有许多非拓扑（“平凡”）表面态，与预测的12个“费米弧”在能量上重叠。这种重叠对识别弧的特征构成了重大挑战[10]。在这里，我们利用固有的独特的空间结构的平凡和费米弧状态可视化的费米弧的第一次使用扫描隧道显微镜。我们以四种不同的方式做到这一点，每一种方式都突出了它们不寻常性质的不同方面。我们揭示了它们的相对各向同性散射签名，它们的能量色散和它的关系的散装Weyl点，它们的深散装渗透相对于非拓扑表面状态和它们的弱耦合的原子结构。后者是通过占布洛赫波函数的空间结构和它的影响的散射性质的电子小康晶格缺陷一般。因此，它提供了一种新的分析工具，使用扫描隧道显微镜的电子波函数的光谱表征。
2016-03-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
Topological surface states and Fermi arcs of the noncentrosymmetric Weyl semimetals TaAs, TaP, NbAs, and NbP
最近的拓扑Weyl半金属（WSM）状态被预测在非中心对称化合物TaAs，TaP，NbAs和NbP，并很快导致光电发射和传输实验，以验证假定的拓扑性质，如费米弧（未封闭的费米面）和手性异常。在本工作中，我们对这四种WSM材料的表面能带结构进行了全面的\textit{ab initio}计算，揭示了具有自旋-动量锁定自旋织构的费米弧。在（001）极面上，费米面的形状敏感地依赖于表面终端（阳离子或阴离子），尽管它们表现出与弧相同的拓扑结构。阴离子（P或As）终止的表面被发现适合最近的光电发射测量。这种表面势的依赖性表明，费米表面的形状可以通过沉积客体物种（如K原子）来操纵，正如我们所证明的。在没有反转对称性的WSM的极性表面上，Rashba型自旋极化自然存在于表面态中，并导致强烈的自旋织构。通过跟踪费米面的自旋极化，我们还可以区分费米弧和平凡的费米圆。四种化合物NbP、NbAs、TaP和TaAs在能带结构中呈现出增大的自旋轨道耦合（SOC）幅度。通过比较它们的表面态，我们揭示了当SOC从零增加到有限值时，拓扑费米弧从自旋简并费米圆到自旋分裂费米弧的演化。我们的工作将有助于我们理解WSM的复杂表面状态，并允许我们操纵它们，特别是对于未来的自旋旋转光电发射和输运实验。
2015-09-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Scalable Growth of High Mobility Dirac Semimetal Cd3As2 Microbelts
三维（3D）狄拉克半金属是石墨烯的3D类似物，其显示在k空间中具有线性色散的狄拉克点，通过晶体对称性稳定。Cd 3As 2和Na 3Bi被预测为3D狄拉克半金属，并随后通过光电发射实验证明。正如输运测量所揭示的那样，一些奇异相，如外尔半金属，拓扑绝缘体和拓扑超导体，可以通过破坏时间反演或反转对称性来推导。在这里，我们报道了一种简单的和可扩展的化学气相沉积方法来制备高质量的狄拉克半金属Cd 3As 2微带，它们显示出高达1.15*10^5 cm^2/V s的迁移率和显著的Shubnikov-de Haas振荡。这种特殊的功能归因于电子背散射的抑制。这项研究为Cd 3As 2材料的可扩展制造开辟了一条新的途径，以实现3D Dirac半金属的电子应用。
2015-04-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Experimental discovery of Weyl semimetal TaAs
外尔半金属是一类可以被视为石墨烯破坏时间反转或反转对称的三维类似物的材料。外尔半金属中的电子表现为外尔费米子，它具有许多奇异的性质，如手征反常和晶体动量空间中的磁单极。外尔半金属的表面态在两个相对的表面上显示出一对纠缠的费米弧。然而，外尔半金属的存在尚未得到实验证明。在这里，我们报告的实验实现的Weyl半金属TaAs通过观察费米弧形成的表面状态，使用角分辨光电子能谱。我们的第一性原理计算，匹配非常好的实验结果，进一步证实了TaAs是外尔半金属。
2015-08-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Magnetic Weyl Semimetal Phase in a Kagome Crystal
外尔半金属是一种晶体固体，它含有相对论性外尔费米子，并且在其电子结构中具有特征性的表面费米弧。具有破缺时间反转对称性的外尔半金属很难明确地识别。在这项工作中，使用角分辨光电子能谱，我们可视化的铁磁晶体Co3Sn2S2的电子结构，并发现其特征的表面费米弧和线性体带分散在Weyl点。这些结果确立了Co3Sn2S2作为磁性Weyl半金属，可以作为实现诸如手征磁效应、异常大的反常霍尔效应和量子反常霍尔效应等现象的平台。
2019-09-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Aharonov-Bohm oscillations in Dirac semimetal Cd3As2 nanowires
三维狄拉克半金属是石墨烯的三维类似物，是一种不寻常的量子材料，具有无质量的狄拉克费米子，可以通过打破时间反转或反转对称进一步转换为Weyl费米子。费米弧的拓扑表面状态的表面上的预测，并已观察到的角度分辨光电子能谱实验。虽然体狄拉克锥的奇异输运性质已经被证明，它仍然是一个挑战，通过传输测量，由于高导电的体态揭示表面状态。在这里，我们显示Aharonov-Bohm振荡在个别单晶Cd 3As 2纳米线具有低载流子浓度和大的表面体积比，提供三维狄拉克半金属的表面态的传输证据。此外，量子输运可以通过使用栅极电压调节费米能级来调制，从而能够更深入地理解狄拉克半金属中的丰富物理。
2016-03-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Quasiparticle interference on type-I and type-II Weyl semimetal surfaces: a review
Weyl半金属是拓扑材料家族中的一个新成员，其主要特征是在体相中具有一对单简并的Weyl锥，在节点附近具有线性色散，在表面上具有费米弧。根据系统是否保持或违反洛伦兹对称性，外尔半金属可以分为两类。光电子能谱测量证实TaAs类和WTe 2类Weyl半金属分别为I型和II型。这篇综述文章旨在阐明和阐述Weyl半金属的基本概念以及I型和II型Weyl半金属的准粒子干涉实验。对揭示费米弧表面态的独特性质--表面载流子的拓扑阱效应，费米弧表面态的弱束缚性质，表面上与轨道有关的散射通道，镜像对称保护的表面Dirac锥等结果进行了概括性的讨论.最后，展望了准粒子干涉技术在拓扑材料中的应用前景。
2018-05-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Robust Type-II Weyl Semimetal Phase in Transition Metal Diphosphides XP$_2$ (X = Mo, W)
最近发现的II型外尔点出现在电子和空穴口袋之间的边界。II型外尔半金属主机这样的点被预测表现出一种新的类型的手征异常，并具有热力学性质非常不同，从他们的I型同行。在这封信中，我们描述了一个II型外尔半金属相的过渡金属二磷化物MoP $_2$和WP $_2$的预测。这些材料的特征在于具有四对II型Weyl点的相对简单的能带结构。相邻的外尔点具有相同的手性，这使得预测的拓扑相位相对于晶格的小扰动是鲁棒的。此外，外尔点的这种特殊排列导致长的拓扑费米弧，从而使它们在角度分辨光电子能谱中很容易获得。
2016-06-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Discovery of Weyl semimetal state violating Lorentz invariance in MoTe2
近年来，人们在理论上提出了一种新的Weyl半金属态，即II型Weyl半金属态，在这种态中，Weyl结点的能量值不是局部极值。与I型半金属（例如TaAs）不同，II型外尔半金属中的费米面由一对在外尔节点处接触的电子和空穴口袋组成。此外，II型外尔半金属中的外尔费米子违反了洛伦兹不变性。由于这些定性的差异，不同的光谱和磁输运性能，预计在II型外尔半金属。在这里，我们提出了直接观察的费米弧状态MoTe 2的角分辨光电子能谱。对于每对Weyl节点，确定了两个弧态，它们的表面投影具有单拓扑荷，这是II型Weyl半金属的一个独特性质。实验确定的费米弧与我们的第一原理计算是一致的。我们的研究结果明确地表明MoTe 2是一种II型Weyl半金属，这为研究破坏Lorentz不变性的新型Weyl费米子现象提供了一个很好的实验平台。
2016-04-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Discovery of Weyl fermion semimetals and topological Fermi arc states
外尔半金属是其低能体激发是外尔费米子的导体，而它们的表面具有金属费米弧表面态。这些费米弧表面状态由与材料的体电子波函数相关联的拓扑不变量保护。最近，已经表明，TaAs和NbAs类材料具有这样的拓扑物质状态。我们回顾的基本现象和实验历史发现的第一个外尔半金属，从观察拓扑费米弧和外尔节点的TaAs和NbAs的角度和自旋分辨表面和体积敏感的光电子能谱，并继续通过磁输运测量报告的Adler-Bell-Jackiw手征异常。我们希望这篇文章提供了一个有用的介绍外尔半金属理论，最近的实验发现的总结，并指导未来的方向。
2017-02-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tunable Weyl Points in Periodically Driven Nodal Line Semimetals
Weyl半金属和节线半金属分别在零维点和一维线上具有线性带接触。我们预言，圆偏振光驱动节线半金属成为外尔半金属。由此获得的Floquet Weyl点可由入射光调谐，这使得能够以高度可控的方式对它们进行研究。从节线半金属到外尔半金属的过渡伴随着一个大的和可调的反常霍尔电导率的出现。我们的预测是实验测试的薄膜样品中的传输测量或泵浦探测角分辨光电子能谱。
2016-08-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.quant-gas
Direct observation of the spin-orbit coupling effect in Magnetic Weyl semimetal Co3Sn2S2
自旋轨道耦合（SOC）提高了能带简并度，这在寻找不同拓扑态，如拓扑绝缘体（TI）和拓扑半金属（TSM）中起着至关重要的作用。在TSM中，SOC可以部分地间隙简并节线，导致形成Dirac/Weyl半金属（DSM/WSM）。然而，这种SOC引起的间隙结构沿节线在TSM尚未得到系统的实验研究。在这里，我们报告了直接观察这种间隙结构的磁性WSM Co 3Sn 2S 2使用高分辨率角分辨光电子能谱。我们的研究结果不仅揭示了在Co 3Sn 2S 2中WSM相形成过程中强SOC效应的存在和重要性，而且为理解其奇异的物理性质提供了见解.
2021-03-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Observation of inverted band structure in topological Dirac-semimetal candidate CaAuAs
我们已经进行了高分辨率的角度分辨光电子能谱三元磷属元素化物CaAuAs，这是预测是一个三维拓扑狄拉克半金属（TDS）。通过精确测定体能带结构，我们揭示了以空穴载流子为主的三维和准二维费米面的共存。布里渊区中心周围的能带结构的特征在于空穴和电子袋之间的能量重叠，与第一性原理能带结构计算非常一致。这表明体带反转的发生，支持TDS状态的CaAuAs。由于除了TDS性质之外，CaAuAs的化学组成具有高度可调谐性，因此为研究从TDS到其他奇异拓扑相的量子相变提供了宝贵的机会。
2020-07-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin- and angle-resolved photoemission on topological materials
自旋和角度分辨光电发射拓扑材料的历史回顾，针对读者谁是新的领域或谁希望获得在该领域的活动的概述。主要焦点在于拓扑绝缘体，但也外尔和其他半金属将讨论。此外，将解释为什么从自旋极化状态测量的自旋极化应该总是加起来为100%，以及自旋干涉效应如何影响测量的自旋织构。
2018-12-11 cond-mat.mes-hall
Experimental Observation of Three-Component 'New Fermions' in Topological Semimetal MoP
凝聚态系统可以容纳类似于基本粒子（如马约拉纳、外尔和狄拉克费米子）的准粒子激发。能带理论的最新进展扩展了晶体中费米子的分类，并揭示了晶体中没有高能对应物的电子激发。在这里，使用角分辨光电子能谱，我们证明了存在一个三重简并点的MoP晶体的电子结构中，准粒子激发超出Majorana-Weyl-Dirac分类。此外，我们观察到对Weyl点的体电子结构共存的“新费米子”，从而引入了一个平台，研究不同类型的费米子之间的相互作用。
2016-10-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
New three-dimensional dispersion in the type-II Dirac semimetals PtTe$_2$ and PdTe$_2$ revealed through Angle Resolved Photoemission Spectroscopy
本研究利用ARPES和DFT计算揭示了II型狄拉克半金属PtTe$_2$与PdTe$_2$中的新型三维色散，通过圆二色性分析关联了其色散差异与偶极矩阵元对称性，为拓扑过渡金属二硫族化合物的电子结构表征提供了参考方法。
2024-05-16 cond-mat.mes-hall
3D nature of ZrTe$_5$ band structure measured by high-momentum-resolution photoemission spectroscopy
我们利用$6$ eV光子能量对ZrTe $_5$进行了系统的高动量分辨率光电子能谱研究。我们测量了$Γ$点附近的能带结构，并将导带和价带之间的间隙量化为$18 \leq Δ\leq 29$ meV。我们还观察到归因于终态效应和材料能带结构的3D性质的光子能量依赖行为。我们的解释表明，差距是内在的，并调和不同的研究报告的拓扑表面状态的存在的差异。能隙的存在表明ZrTe $_5$不是三维强拓扑绝缘体，也不是三维狄拉克半金属.因此，我们的实验是一致的ZrTe $_5$是一个三维弱拓扑绝缘体。
2017-04-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Mesoscale variations of chemical and electronic landscape on the surface of Weyl semimetal Co$_3$Sn$_2$S$_2$ visualized by ARPES and XPS
University of California, Davis（加州大学戴维斯分校）；Lawrence Berkeley National Lab（劳伦斯伯克利国家实验室）；Tel Aviv University（特拉维夫大学）；Carnegie Mellon University（卡内基梅隆大学）；Virginia Tech（弗吉尼亚理工大学）
通过ARPES和XPS研究Weyl半金属Co$_3$Sn$_2$S$_2$表面化学和电子结构，发现介观尺度的化学和电子景观变化，揭示了表面终止的无序特性及其对拓扑表面态的影响。
2025-10-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Discovery of a new type of topological Weyl fermion semimetal state in Mo$_x$W$_{1-x}$Te$_2$
最近在TaAs中发现的Weyl半金属提供了在自然界中观察到的第一个Weyl费米子，并大大拓宽了拓扑相的分类。然而，在钽砷已被证明具有挑战性的研究丰富的输运现象所产生的紧急外尔费米子。系列Mo $_x$ W $_{1-x}$ Te $_2$是反转破坏的，分层的，可调谐的半金属，已经作为一个有前途的新的电子平台进行研究，最近提出主机II型，或强洛伦兹违反，外尔费米子。本文报道了在$x = 25\%$的Mo $_x$ W $_{1-x}$ Te $_2$中发现外尔半金属。我们使用泵浦探测角分辨光电子能谱（泵浦探测ARPES）直接观察到费米能级以上的拓扑费米弧，证明外尔半金属。计算结果与理论值吻合较好，表明Mo $_x$ W $_{1-x}$ Te $_2$是第一个Ⅱ型Weyl半金属.我们还发现，某些外尔点是在费米能级，使Mo $_x$ W $_{1-x}$ Te $_2$外尔半金属的传输和光学实验的一个有前途的平台。
2016-12-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Observation of a flat and extended surface state in a topological semimetal
拓扑平带，也称为鼓面态，是驱动新的奇异拓扑量子相的理想平台。使用角分辨光电子能谱实验，我们揭示了拓扑半金属BaAl 4中高度局部化的可能鼓面表面态的出现，并提供了其完整的能量和动量空间拓扑。我们发现，所观察到的表面状态是高度本地化的动量，一个正方形的体积狄拉克节环内，并在能量，导致一个平坦的带和峰值的状态密度。这些结果为这类材料的鼓面表面态的实验实现奠定了基础，并为今后拓扑量子相变的基础物理研究提供了重要参考。
2021-11-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Surface spectroscopy and surface-bulk hybridization of Weyl semimetals
该研究针对外尔半金属表面-体态杂化光谱研究不足的问题，提出表面可精确求解的统一理论形式，揭示了共振拓扑态光谱的普适信息及合并边界处的奇异响应，为拓扑半金属相关研究提供理论指导。
2024-08-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Floquet dynamics in multi-Weyl semimetals
多Weyl半金属（m-WSMS）具有沿二维平面的各向异性非线性能量色散和沿正交方向的线性色散。它们具有拓扑电荷J，并且当两个或多个具有非零净电荷的Weyl节点聚集到高对称点上时实现。这种系统的模型哈密顿量显示了各种相位，如平凡的正常绝缘体（NI），WSM和量子反常霍尔（QAH）状态取决于模型参数。我们研究了这种哈密顿量在平凡NI相位中被圆偏振光周期性驱动的情况，并表明这种相位可以被调谐到Weyl半金属相位。这种转变可以实现与大的反常霍尔电导率，可以观察到在运输测量或泵浦探测角分辨光电子能谱实验。
2017-03-21 cond-mat.mes-hall
Floquet multi-Weyl points in crossing-nodal-line semimetals
带负电荷$\pm 1$的Weyl点已被广泛研究，但其负电荷高于$1$的多Weyl点的真实材料还没有被发现.在这篇快速通讯中，我们证明了具有非平凡线连通性的单线半金属为实现Floquet多Weyl点提供了天然的平台.特别是，我们表明，驱动交叉节线的圆偏振光产生双外尔点。此外，我们还证明了在交叉节线半金属和链状半金属中可以观察到电子复合和湮灭。这些建议可以在泵浦探测角分辨光电子能谱实验验证。
2017-07-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.quant-gas
Experimental discovery of a topological Weyl semimetal state in TaP
外尔半金属有望在物理学和材料科学中开辟新的视野，因为它们提供了外尔费米子的第一个实现，并表现出受保护的费米弧表面状态。然而，它们被发现在自然界中极其罕见。近年来，TaAs、TaP、NbAs和NbP等化合物被认为是Weyl半金属的候选化合物。在这里，我们在实验上实现了TaP的Weyl半金属态。利用光电子能谱，我们直接观察到的外尔费米子锥和节点的体积和表面的费米弧。此外，我们发现，表面态显示出一个意想不到的丰富的结构，包括两个拓扑费米弧和几个拓扑平凡的封闭轮廓附近的Weyl点，这提供了一个有前途的平台，研究拓扑和平凡的表面状态之间的相互作用的Weyl半金属的表面。我们直接证明了体边界对应，从而建立拓扑非平凡性质的Weyl半金属态在TaP，通过解决的手征边缘模式的封闭路径上，包围Weyl节点的净数量。这也提供了，第一次，一个实验上实用的方法来证明一个散装外尔费米子从光电子测量的表面状态分散。
2015-11-15 cond-mat.mes-hall
Experimental Observation of Dirac Nodal Links in Centrosymmetric Semimetal TiB$_2$
拓扑线半金属态是各种拓扑量子相的肥沃土壤，当某种保护对称性破缺时，可以实现拓扑绝缘体、狄拉克半金属或外尔半金属，但只在极少数材料中进行了实验研究。与离散节点相比，具有丰富拓扑结构的节线可以导致更不寻常的输运现象。利用角分辨光电子能谱和第一性原理计算，在这里，我们提供了令人信服的证据，在中心对称的半金属TiB $_2$中的非线性费米子的自旋轨道耦合效应可以忽略不计。在费米能级以下的能带交叉处，可以清楚地观察到两组狄拉克结环，一组围绕水平镜面$σ_h$中的布里渊区（BZ）拐角，另一组围绕垂直镜面$σ_v$中的BZ中心，而不受其他能带的干扰。形成狄拉克节环的线性色散宽达2 eV。我们进一步观察到，两组节点环沿$Γ$ - $K$方向连接在一起，构成了一个中间链路配置。TiB $_2$具有简单的电子结构，Dirac节链主要构成费米面，这表明TiB是研究和应用与非线性费米子相关的新物理性质的重要平台。
2018-08-18 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
Electron-hole balanced dynamics in the type-II Weyl semimetal candidate WTe2
我们提出了一个时间和角度分辨光电子能谱（TR-ARPES）研究过渡金属二硫属化物WTe 2，一个候选人II型外尔半金属表现出极大的磁阻。利用飞秒光脉冲，我们描述了费米能级以上的电子口袋的未占状态。我们跟踪光激发电子的弛豫动力学沿未占用的能带结构，并进入一个散装空穴袋。在超快载流子弛豫之后，我们报告了电子和空穴的非常相似的衰减动力学。我们的研究结果证实了这一假设，即载流子补偿是一个特殊的磁输运性质的WTe 2的关键因素。
2017-11-14 cond-mat.mes-hall
Type-III Weyl Semimetals: (TaSe4)2I
外尔半金属根据外尔点处费米面的几何形状分为I型和II型。在这里，我们提出了一类新的外尔半金属，其独特的费米表面包含两个电子或两个空穴口袋接触在一个多外尔点，被称为III型外尔半金属。基于第一性原理计算，我们首次证明了准一维化合物（TaSe 4）2 I是一种具有较大手征电荷的III型Weyl半金属.（TaSe_4）_2I在（001）面上可以支持四重螺旋面态，并具有非常长的费米弧。角分辨光电子能谱测量与（TaSe 4）2I在室温下的无隙性质一致，并揭示了其特征色散。此外，我们的计算表明，外应变可以在（TaSe 4）2 I中诱导III型、II型和I型Weyl半金属的拓扑相变，并伴随着费米面的Lifshitz相变.因此，我们的工作首次实验表明（TaSe 4）2I是III型Weyl半金属，并为进一步研究III型Weyl费米子的新物理提供了一个有前途的平台。
2021-01-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Planar Hall effect in type II Dirac semimetal VAl$_{3}$
拓扑系统的电子性质研究是凝聚态物理中最吸引人的课题之一，近年来引起了人们极大的兴趣。新材料经常被提出和研究，以确定其非平凡的能带结构。虽然复杂的技术，如角分辨光电子能谱已经成为流行的映射能量动量关系，输运实验缺乏任何直接确认狄拉克和外尔费米子在一个系统中。从能带结构计算，VA1 $_{3}$已被提出是一个II型拓扑狄拉克半金属。这种材料代表了一个大家族的同构化合物，都具有相似的电子能带结构，是一个理想的系统，探索丰富的物理洛伦兹对称违反狄拉克费米子。在这项工作中，我们提出了一个详细的分析的磁输运性质的VA1 $_{3}$。一个大的，非饱和的磁阻已被观察到。霍尔电阻率揭示了两种类型的具有高迁移率的载流子的存在。我们的测量结果表明，在这种材料中，一个大的平面霍尔效应，这是强大的，可以很容易地检测到高温。这一现象源于相对论手征反常和非平凡Berry曲率，验证了VAl $_{3}$中Dirac半金属相的理论预言.
2018-06-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Discovery of a Weyl Semimetal in non-Centrosymmetric Compound TaAs
三维拓扑外尔半金属（3D topological Weyl semimetals，TWS）是一种新型的量子物质态，其电子结构类似于“3D graphene”和拓扑绝缘体，具有由拓扑表面态连接的外尔点对（电子带沿所有三个动量方向线性分散），形成独特的“费米弧”型费米面（Fermi-arc type Fermi surface，FS）。每个外尔点都是手征的，并且包含狄拉克点的一半自由度，并且可以被看作是动量空间中的磁链。在这里，通过对非中心对称的化合物TaAs进行角分辨光电子能谱，我们观察到其完整的能带结构，包括独特的“费米弧”FS和线性体带色散跨Weyl点，在良好的协议与理论计算。这一发现不仅证实了TaAs是第一个三维TWS，而且为实现奇异的物理现象（例如负磁阻，手性磁效应和量子反常霍尔效应）提供了理想的平台，这也可能导致新的未来应用。
2015-07-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Signatures of the Adler-Bell-Jackiw chiral anomaly in a Weyl Fermion semimetal
外尔半金属提供了外尔费米子在固态物理中的实现。在外尔半金属引起的所有物理现象中，手征反常是最不寻常的一种。在这里，我们报告签名的手性异常的磁输运测量的第一外尔半金属钽砷。我们在平行的电场和磁场下表现出负磁阻，也就是说，与大多数金属的电阻率在外部磁场下增加不同，我们观察到，当磁场沿电流方向施加一定范围的场强时，我们的高迁移率TaAs样品变得更具导电性。我们提出了系统的详细数据和仔细的分析，这使我们能够排除其他可能的来源所观察到的负磁阻。我们的运输数据，证实了光电发射测量，第一性原理计算和理论分析，共同证明签名的Weyl费米子手征异常的TaAs的磁输运。
2016-02-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tunability of the topological nodal-line semimetal phase in ZrSiX-type materials
在ZrSiS中发现了拓扑双金属线（TNL）半金属相，这一发现极大地促进了对该家族其他成员的研究。在这里，我们使用角分辨光电子能谱（ARPES）和第一性原理计算对ZrSiX（其中X = S、Se、Te）的电子结构进行了比较研究。我们的ARPES研究表明，ZrSiX材料的整体电子结构包括钻石形的费米口袋，近椭圆形的费米口袋，和一个小的电子口袋包围区中心（$Γ$）点，M点，和布里渊区的X点，分别。我们还观察到一个小的费米表面口袋沿M- $Γ$ -M方向在ZrSiTe，这是不存在的ZrSiS和ZrSiSe。此外，我们的理论研究表明，通过在这些材料系统中从S到Te的硫属化物的调谐，从半导体线到无节点的带隙相的转变。我们的研究结果提供了直接的证据，在ZrSiX材料系统中的TNL相的可调谐性，通过调整的自旋轨道耦合（SOC）的强度，通过X阴离子。
2016-12-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Band Structure of Two-dimensional Dirac Semimetal from Cyclotron Resonance
了解材料的能带结构是了解其性质的前提之一。因此，特别是在过去的几十年里，角分辨光电子能谱（ARPES）已成为一个高度需求的实验工具，以研究的能带结构。然而，特别是在具有层状结构和几个覆盖层的薄膜材料中，ARPES对电子结构的访问受到限制。因此，提出了几种获取所需信息的替代方法。在这里，我们通过回旋共振实验直接反演结果以获得二维（2D）材料的能带结构。该方法应用于具有临界厚度的碲化汞量子阱，其特征在于具有线性色散关系的二维电子气。该材料中的类Dirac能带结构可以映射到能带图的电子侧和空穴侧。在这种材料中，空穴类载流子的纯线性色散与电子的可检测二次校正相反。
2017-08-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Magnetoresistance in ZrSi$X$ ($X=$ S, Se, Te) nodal-line semimetals
本研究通过第一性原理结合半经典玻尔兹曼输运理论，复现并解释了ZrSiX（X=S、Se、Te）拓扑节线半金属的蝶形各向异性磁电阻等输运特征，证实磁输运可作为费米面分析及拓扑作用研究的有效补充手段。
2025-04-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Visualizing higher-fold topology in chiral crystals
本研究利用化学工程与光电子能谱，首次发现手性晶体的高阶拓扑，确定高阶手性费米子所有体态分支，揭示多能隙体态-边界对应关系，推动非常规拓扑响应研究。
2025-07-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Observation of the Type-II Weyl Semimetal Phase in MoTe2
拓扑外尔半金属（TWS）是量子物质的一种新态，近年来引起了人们极大的研究兴趣. TWS具有独特的外尔费米子和表面的费米弧，为实现许多奇异的物理现象提供了一个难得的平台。TWS可以分为I型和II型，I型尊重洛伦兹对称性，II型不尊重洛伦兹对称性。在这里，我们直接可视化的电子结构的MoTe2，最近提出的II型TWS。使用角分辨光电子能谱（ARPES），我们解开了独特的表面费米弧，与我们的从头计算很好的协议。从自旋分辨的ARPES测量，我们证明了表面费米弧的非简并自旋织构，从而证明了它们的非平凡拓扑性质。我们的工作不仅导致在这个家庭的化合物中发现的不寻常的属性的新的理解，但也允许进一步探索的异国情调的属性和实际应用的类型II的TWS，以及超导性（MoTe 2被发现是超导最近）和它们的拓扑顺序之间的相互作用。
2016-04-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Evidence of Coulomb interaction induced Lifshitz transition and robust hybrid Weyl semimetal in Td MoTe2
使用软X射线角分辨光电子能谱，我们探测的体电子结构的Td MoTe2。我们发现，现场库仑相互作用导致的Lifshitz转变，这是必不可少的电子结构的精确描述。通过实验数据与理论计算的比较，表明了一对能带在I型和II型外尔节点处接触的混合外尔半金属态。揭示库仑相互作用的重要性为理解MoTe2的独特性质开辟了一条新的途径，对于理解这种范德华材料中相关效应，强自旋轨道耦合和超导性之间的相互作用具有重要意义。
2018-08-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Universal signatures of Fermi arcs in quasiparticle interference on the surface of Weyl semimetals
外尔半金属是一类新发现的三维拓扑材料，其价带和导带在体相中具有线性接触。在这些材料中，拓扑起源的最引人注目的特性，迄今为止只在光电发射实验中明确观察到，是在边界处存在开放的恒定能量轮廓-所谓的费米弧。在这项工作中，我们建立了费米弧贡献的表面准粒子干涉的普适特性。使用一般的唯象模型，我们确定定义干涉图案源于费米弧的存在，在表面能带结构。然后，我们跟踪这些模式在两个简单的紧束缚模型和现实的从头计算。我们的研究结果表明，明确的签名费米弧可以观察到现有的和拟议的外尔半金属使用扫描隧道光谱。
2016-01-26 cond-mat.mes-hall
Visualizing Berry curvature in a Floquet-Chern insulator
University of Illinois Urbana-Champaign（伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校）
本文利用圆二色性Tr-ARPES直接映射Bi2Se3表面光诱导的Berry曲率，验证了Floquet-Chern绝缘体拓扑性质，为光诱导拓扑相变提供直接探测手段。
2026-09-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Surface Versus Bulk Dirac States Tuning in a Three-Dimensional Topological Dirac Semimetal
最近，晶体对称性保护的三维（3D）体狄拉克半金属相已被实验确定在化学计量的高迁移率化合物，Cd3As2。在Cd_3As_2中观察到的狄拉克态被认为主要来自于体相态，而计算表明，体相态和表面态在整个狄拉克色散能范围内重叠。在这项研究中，我们明确地揭示了掺杂诱导的基态的表面和体电子动力学在三维狄拉克半金属的演变。我们开发了一个系统的技术来隔离的表面和体态Cd3As2，同时利用角分辨光电子能谱（ARPES）和原位表面沉积。我们的实验结果提供了一种方法来调节化学势以及观察表面态与体态的简并，这将是有用的，为未来的应用三维狄拉克半金属。
2015-01-04 cond-mat.mes-hall
Cubic Dirac Semimetals: General Theory and Application to Rare-Earth Magnets
该研究建立含偶然能带交叉与高阶拓扑的立方 DSM 最小模型，结合候选磁序揭示 Z2 手性对称性对表面和铰链态的作用，并联系稀土单磷族化合物的实验数据。
2025-03-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Discovery of a Three-dimensional Topological Dirac Semimetal, Na3Bi
三维（3D）拓扑狄拉克半金属（TDS）代表了一种新的量子物质状态，可以被视为“3D石墨烯”。与石墨烯中或3D拓扑绝缘体表面上的二维（2D）狄拉克费米子相反，TDS在体相中具有3D狄拉克费米子。TDS也是介导许多新量子态的重要边界态，例如拓扑绝缘体、Weyl半金属、轴子绝缘体和拓扑超导体。利用角分辨光电子能谱研究了Na_3Bi的电子结构，首次发现了沿所有动量方向线性色散的三维狄拉克费米子。此外，我们证明了三维狄拉克费米子在Na 3Bi的体晶体对称性的保护。我们的研究结果表明，Na 3Bi是第一个三维时域光谱的模型体系，它也可以作为一个理想的平台，系统地研究丰富新颖的拓扑量子态之间的量子相变.
2013-10-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Direct Observation of Nonequivalent Fermi-Arc States of Opposite Surfaces in Noncentrosymmetric Weyl Semimetal NbP
我们已经进行了高分辨率的角度分辨光电子能谱（ARPES）的非中心对称Weyl半金属候选人NbP，并确定了电子状态的Nb和P-终止的表面对应的极性晶体的“相反”的表面。我们揭示了一个巨大的差异，在费米表面的拓扑结构之间的相对表面，而费米弧在两个表面上可能终止于表面投影相同的散装外尔节点。ARPES数据与我们的第一性原理能带计算的比较表明，在Nb终止表面的电子结构的理论和实验之间的显着差异。目前的结果打开了一个平台，实现奇异的量子现象所产生的不寻常的表面性质的外尔半金属。
2015-10-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Unexpected Dirac-Node Arc in the Topological Line-Node Semimetal HfSiS
我们已经进行了角分辨光电子能谱HfSiS，这已被预测为一个拓扑线节点半金属与正方形Si晶格。我们发现了一个准二维费米表面托管散装节线，旁边的布里渊区角落的表面状态表现出相当大的Rashba分裂和带质量重整化由于多体相互作用。最值得注意的是，我们发现了一个意想不到的Dirac类色散在k空间中一维延伸-Dirac节点弧-在区域对角线的体节点附近。这些新的狄拉克态位于表面，可能与体态的杂化有关，但目前我们还没有解释其起源。这一发现对拓扑线结半金属的理论理解提出了一个有趣的挑战。
2016-06-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
The Dirac nodal line network in non-symmorphic rutile semimetal RuO$_2$
我们用角分辨光电子能谱（ARPES）研究了RuO $_2$的费米面。我们发现了一个网络的两个狄拉克节线（DNL），如以前在理论上预测的，在那里的价带和导带接触沿连续线在动量空间。此外，我们发现的第三DNL接近费米能级，这似乎是强大的，尽管存在显着的自旋轨道耦合的证据。我们证明了第三个DNL在（110）表面产生拓扑平凡的平带表面态（FBSS）。这种FBSS可以通过表面掺杂来调节，并为表面化学和奇异相关现象的研究提供了一个有趣的场所。
2019-08-06 cond-mat.mes-hall
Ultrafast Carrier Relaxation Dynamics in a Nodal-Line Semimetal PtSn$_4$
本研究利用时间分辨角分辨光电子能谱揭示了狄拉克节线半金属PtSn4的体导带线性色散与节线演化，发现其载流子超快弛豫源于电子-声子耦合的多通道散射及各向异性节线结构的独特机制。
2024-05-20 cond-mat.mes-hall
A minimal, "hydrogen atom" version of an inversion-breaking Weyl semimetal
外尔半金属的研究兴趣最近爆炸导致了许多外尔半金属候选人和一些外尔半金属在实际材料中的实验观察。通过这些经验，我们已经认识到，典型的外尔半金属拥有许多外尔点。例如，在实验中观察到的第一种外尔半金属TaAs拥有24个外尔点。类似地，Mo $_x$ W $_{1-x}$ Te $_2$系列，最近作为第一种II型外尔半金属被研究，具有八个外尔点。然而，众所周知，对于没有反转对称但具有时间反演对称的外尔半金属，外尔点的最小数量是四个。实现这样一个最小的外尔半金属是非常重要的，因为它将提供一个最简单的“氢原子“的反型破坏外尔半金属的例子。同时，在具有尽可能少的外尔点的系统中，输运实验和设备应用可能更简单。最近，TaIrTe $_4$已被预测为最小的，反转打破外尔半金属。然而，至关重要的是，外尔点和费米弧完全位于费米能级之上，这使得它们无法被传统的角度分辨光电子能谱（ARPES）所利用。在这里，我们使用泵浦-探测ARPES直接访问TaIrTe $_4$费米能级以上的能带结构。我们直接观察到Weyl点和拓扑费米弧，表明TaIrTe $_4$是Weyl半金属。我们发现，总的来说，TaIrTe $_4$有四个外尔点，提供了一个最小的反转破坏外尔半金属的第一个例子。我们的研究结果持有承诺访问外来传输现象中产生的外尔半金属在一个真正的材料。
2016-10-06 cond-mat.mes-hall
Experimental Realization of a Three-Dimensional Dirac Semimetal
三维狄拉克半金属是一种新的物质电子态，已被理论预言。它可以被视为石墨烯的3D推广，具有独特的电子结构，其中传导和价带能量仅在动量空间中的孤立点（即3D狄拉克点）彼此接触，因此它不能被分类为金属或半导体。与石墨烯相反，这种半金属的狄拉克点不受自旋-轨道相互作用的影响，并且线性色散的交叉受到晶体对称性的保护。结合破缺的时间反转或反转对称性，3D狄拉克点可以导致各种具有独特物理性质的拓扑非平凡相。然而，到目前为止，它们在真正的固体中没有被发现。在这里，我们报告的角度分辨光电子能谱（ARPES）的直接观察，这样一个外来的电子结构在砷化镉（Cd 3As 2）。我们确定了两个动量区域的电子状态，强烈分散在各个方向形成狭窄的锥形结构，从而证明了长期寻求的三维狄拉克点的存在。这种电子结构自然解释了为什么Cd 3As 2具有已知最高的体电子迁移率之一。在Cd 3As 2中实现3D狄拉克半金属不仅为广泛的应用开辟了直接途径，而且还为工程拓扑非平凡相提供了一个强大的平台，包括Weyl半金属和量子自旋霍尔系统。
2013-09-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Terahertz conductivity of the magnetic Weyl semimetal Mn$_{3}$Sn films
Mn $_{3}$ Sn是一种非共线的反铁磁体，在室温下表现出很大的反常霍尔效应。据认为，它的异常霍尔电导率的主要贡献来自贝瑞曲率。此外，直流传输和光电发射实验已经证实，Mn $_{3}$ Sn可能是时间反演对称性破缺Weyl半金属的一个例子。由于室温反三角自旋结构中的小但有限的矩，其允许利用外场控制霍尔电流，这种材料在下一代存储器件和THz自旋电子学应用中引起了很大的兴趣。在这项工作中，我们报告了太赫兹范围内的研究取向锰$_{3}$锡薄膜作为温度的函数。在低频率下，我们发现光学电导率可以很好地描述了一个单一的德鲁德振荡器。等离子体频率强烈抑制在一个温度依赖的方式，因为一个进入260 K的螺旋相。这可能与费米面的部分间隙有关，费米面的部分间隙来自沿c轴的平移对称性的破坏。散射率显示二次温度依赖性低于200 K，突出了可能的重要作用，在这种化合物的相互作用。
2019-02-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Breakdown of Fermi liquid theory in topological multi-Weyl semimetals
费米液体理论适用于大多数正常金属，但在许多强关联电子系统中，如铜氧化物和重费米子超导体中，费米液体理论被发现是违背的。一个被广泛接受的判据是，当相互作用引起的费米子阻尼率比能量更快地接近零时，费米液体理论是有效的。否则无效。在这里，我们证明了这一标准打破拓扑双和三重Weyl半金属。重整化群分析表明，尽管库仑相互作用诱导的双Weyl和三Weyl费米子的阻尼率比能量更快地趋近于零，但准粒子剩余消失，费米液体理论失效.这种行为表明费米液体理论的弱于边缘的违反。这种非传统的非费米液态起源于双Weyl和三Weyl费米子的特殊色散，并且与所有其他费米液态和非费米液态有质的不同。费米子阻尼率和谱函数的预测性质可以通过角分辨光电子能谱来探测。结合库仑相互作用引起的修正，计算和分析了态密度、比热和电导率。
2018-11-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Population inversion and Dirac fermion cooling in 3D Dirac semimetal Cd$_3$As$_2$
揭示三维狄拉克费米子在光激发下的超快动力学对于基础科学和器件应用都是至关重要的。到目前为止，三维狄拉克费米子的冷却与二维（2D）狄拉克费米子的冷却有何不同以及是否存在粒子数反转是有待回答的基本问题。在这里，我们揭示了超快动力学狄拉克费米子在一个模型的三维狄拉克半金属镉$_3$作为$_2$的超快时间和角度分辨光电子能谱（TRARPES）与可调探测光子能量从5.3 - 6.9 eV。能量和动量分辨的弛豫速率显示出对能量的线性依赖性，表明狄拉克费米子冷却通过带内弛豫。此外，人口反转报告的基础上观察到的累积光激发载流子的导带中的寿命为$τ_n$ = 3.0 ps。我们的工作为3D狄拉克半金属中的长寿命粒子数反转提供了直接的实验证据，这与2D石墨烯相反，其中带间弛豫发生在更快的时间尺度上。
2021-12-17 cond-mat.mes-hall
Orthogonal Dirac semimetal on honeycomb lattice and the electron spectral function in orthogonal metallic states
最近，人们引入了正交金属的概念，将哈伯德模型中从自旋表象的无序态重新解释为奇异的带隙金属态。我们将这一概念推广到蜂窝晶格上哈伯德模型的从旋表示。[\textbf{86}，165134（2012）]发现了一种新的带隙金属态，即正交狄拉克半金属。这种状态对应于从自旋的无序相，具有与狄拉克半金属相同的热力学和输运性质，但它的单粒子激发是带隙的。更重要的是，对于一般的正交金属态，电子光谱函数，可能会在未来的角度分辨光电子能谱（ARPES）实验探测进行了研究。
2013-01-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Criteria for directly detecting topological Fermi arcs in Weyl semimetals
最近在TaAs中发现的第一个Weyl半金属提供了自然界中Weyl费米子的第一次观察，并证明了一种新型的异常表面状态，费米弧。像拓扑绝缘体一样，外尔半金属的体拓扑不变量由体样品的表面态唯一固定。在这里，我们提出了一组不同的条件，可通过角分辨光电子能谱（ARPES），其中每一个演示拓扑费米弧的表面状态能带结构，与最小的依赖计算。我们将这些结果应用到TaAs和NbP。第一次，我们严格证明了非零陈数在钽砷通过计数手性边缘模式的闭环。我们进一步指出，在现有的实验分辨率和谱线宽度范围内，用ARPES直接观测NbP中的费米弧是不合理的。我们的结果是一般性的，适用于任何新的材料，以证明外尔半金属。
2016-01-17 cond-mat.mes-hall
