Weak localization and Berry flux in topological crystalline insulators with a quadratic surface spectrum
本文研究了拓扑晶体绝缘体中二次带交叉表面态的弱局域化。结果表明，二次带交叉点的拓扑结构决定了WL电导率校正的负号。对于破缺的时间反转对称性的表面状态，一个明确的依赖关系的WL电导率上的带Berry通量得到和分析不同的载流子密度制度和类型的能带结构（正常或倒置）。这些结果提出了一种通过WL测量来检测带Berry通量的方法。
2013-10-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Topological Crystalline Insulators in the SnTe Material Class
拓扑晶体绝缘体是一种新的物质状态，其中电子结构的拓扑性质源于晶体对称性。在这里，我们预测的第一个材料实现的拓扑晶体绝缘体在半导体SnTe，通过确定其非零拓扑指数。我们预测，作为这种非平凡拓扑结构的表现，SnTe具有金属表面态，在高对称性晶体表面（如{001}，{110}和{111}）上具有偶数个狄拉克锥。这些表面态形成了一种新型的高迁移率手性电子气，它对无序具有鲁棒性，并且通过晶体相对于{110}镜面的反射对称性进行拓扑保护。通过弹性应变工程或施加面内磁场来打破这种镜像对称性可以在表面上打开连续可调的带隙，这可能导致在热电、红外检测和可调电子学中的广泛应用。密切相关的半导体PbTe和PbSe也成为拓扑晶体绝缘体后，带反转的压力，应变和合金化。
2012-06-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Magnetic-Field Induced Semimetal in Topological Crystalline Insulator Thin Films
研究了拓扑晶体绝缘体（TCI）薄膜在外电磁场作用下的电磁特性。TCI薄膜是一种以镜像陈数为指标的拓扑绝缘体。结果表明，在面内磁场作用下，随着一对具有相反手征的无隙锥的出现，带隙闭合。一对无间隙点具有相反的涡数。这是一个回忆的一对外尔锥在三维外尔半金属。因此，我们提出了一个磁场诱导的半金属-半导体转变的二维材料。这是一种巨磁阻效应，其电阻率受磁场控制。我们发现，外加电场使无带隙点发生位移，并使费米速度沿面内磁场的方向重整化。
2014-10-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Thermoelectric effects in topological crystalline insulators
我们研究了在短程和长程杂质相互作用下拓扑晶体绝缘体的电导率和热电效应。我们采用广义玻尔兹曼形式的各向异性费米表面系统。由于表面态能带结构鞍点处的范霍夫奇异性，电导率随掺杂浓度的变化呈现局部极小值。在高能量狄拉克点处的载流子的带间散射的抑制导致电导率的最大值。当费米能级通过电导率的极值时，塞贝克系数改变符号。此外，它揭示了深刻的热电效应，可以达到这些极值点附近。
2016-11-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Anomalous elastic buckling of hexagonal layered crystalline materials in the absence of structure slenderness
异质层状晶体材料，如石墨烯、氮化硼、硫酸钨等，由于其独特的原子结构和优异的热、机械和物理性能的组合，引起了人们的极大关注。利用机械屈曲是一种很有前途的途径来控制其结构形态，从而调整其物理性能，从而产生许多新的应用。在本文中，我们采用有限元分析（FEA），分子动力学（MD）模拟和连续介质建模研究的机械屈曲的层状晶体材料与晶体层平行的纵向轴线制成的列。结果表明，随着长细比的减小，材料的力学失稳模式由弯曲失稳模式逐渐过渡到剪切失稳模式。当长细比趋于零时，临界屈曲应变εcr收敛到一个远小于材料机械强度的有限值，表明在适当的实验条件下是可以实现的。这种机械屈曲模式是反常的和反直觉的。对于一组典型的六方层状晶体材料，连续介质力学模型预测的临界屈曲应变εcr与有限元和分子动力学模拟的结果吻合得很好。对石墨的MD模拟表明，连续介质力学模型适用于20 nm的尺度。该理论模型还揭示了高度的弹性各向异性是在没有结构细长的情况下由层状晶体材料制成的柱的异常机械屈曲的起源。这项研究提供了工程层状晶体材料在各种纳米材料和纳米器件通过机械屈曲的途径。
2014-06-19 cond-mat.mtrl-sci
Electrically Tunable Quantum Spin Hall State in Topological Crystalline Insulator Thin films
结合$k \cdot p$理论、能带拓扑分析和电子结构计算，预测了SnTe类三维拓扑晶体绝缘体（111）薄膜在较宽的厚度范围内实现量子自旋霍尔相.非平凡拓扑结构源于三维极限下TCI拓扑表面态的面间耦合。表面间耦合改变符号，并引起拓扑相变作为膜厚度的函数。此外，这种耦合可以强烈地受到外部电场的影响，因此量子自旋霍尔相位可以在实验可达的电场下有效地调谐。研究结果表明，（111）薄膜是实现量子自旋霍尔绝缘体新应用的理想平台。
2015-01-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Confined vs. extended Dirac surface states in topological crystalline insulator nanowires
将二维狄拉克费米子限制在拓扑绝缘体表面上一直是一个突出的概念挑战。在这里，我们表明，狄拉克费米子限制是可以实现的拓扑晶体绝缘体（TCI），主机多个表面狄拉克锥取决于表面终止和它保留的对称性。这种限制最显著地反映在纳米线几何结构中这些狄拉克态的通量依赖性中，其中不同的刻面连接以形成封闭的表面。使用SnTe作为一个案例研究，我们展示了如何线与所有四个方面的类型<100>显示新颖的Aharonov-Bohm振荡，而纳米线与四个方面的类型，<110>这种振荡是不存在的，由于强约束的狄拉克状态，每个面分别。我们的研究结果将TCI纳米线作为限制和操纵狄拉克表面态的通用平台。
2022-09-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Non-trivial spin-texture of the coaxial Dirac cones on the surface of topological crystalline insulator SnTe
本文采用第一性原理计算研究了拓扑晶体绝缘体SnTe的非平凡表面态及其自旋织构。[001]表面上的表面态色散呈现出四个Dirac-cone，中心位于镜面和表平面的相交处。我们提出了一个简单的模型，两个相互作用的同轴狄拉克锥来描述的表面态色散和相关的自旋纹理。虽然由于晶体和时间反转对称性，面外自旋极化为零，但由于两个同轴狄拉克锥的相互作用，面内自旋织构显示出螺旋性和一些扭曲，表明非平凡的镜像陈氏数为-2，不同于$Z_{2}$拓扑绝缘体（如Bi/Sb合金或Bi $_2$ Se $_3$）中的值-1。表面态色散和它的自旋织构将提供一种实验上可获得的方法来确定非平凡的镜像陈氏数。
2013-04-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Inducing Lifshitz transition by extrinsic doping of surface bands in topological crystalline insulator Pb$_{1-x}$Sn$_{x}$Se
研究了窄隙半导体Pb $_{1-x}$ Sn $_{x}$ Se在其岩盐结构相中的拓扑保护表面态，x=0.45、0.23、0.15和0。角分辨光电子能谱学的本质上p掺杂的样品显示出两个狄拉克锥，偏心的时间反转不变点X的表面布里渊区的所有，但x=0的样品的明确指示。碱金属的吸附逐渐使表面带充满电子，驱动x>0拓扑晶体绝缘体系统通过Lifshitz转变，并从空穴到电子的费米表面。x>0样品中的电子掺杂带显示出狄拉克锥的完整构型，也证实了表面带的电子-空穴对称性。
2014-03-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
New topological surface state in layered topological insulators: unoccupied Dirac cone
用密度泛函理论研究了拓扑绝缘体Bi_2Se_3、PbSb_2Te_4和Pb_2Bi_2Te_2S_3中的未占态.结果表明，在这些绝缘体（0001）表面布里渊区中心的反向导带能隙中出现了线性色散的表面态。Z_2不变量的另一种表达式使我们能够证明第二个Gamma Dirac锥存在的一个必要条件是在体谱的时反不变动量点处存在局域能隙，并且其中一个点的宇称发生了变化。
2013-03-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electrically Tunable Conductance and Edge Modes in Topological Crystalline Insulator Thin Films: Tight-Binding Model Analysis
基于镜像对称性和离散旋转对称性，提出了拓扑晶体绝缘体（TCI）薄膜的最小紧束缚模型。基本项由描述外尔半金属的自旋-轨道相互作用组成，其中无隙狄拉克锥出现在动量空间中的所有高对称点处。然后，我们引入的质量项提供的差距狄拉克锥在我们的处置。它们模拟了由[001]、[111]和[110] TCI表面制成的薄膜。TCI薄膜是由镜像对称性保护的拓扑绝缘体。利用电场破缺镜像对称性，分析了镜陈数、边缘模和电导。我们提出了一种多位拓扑场效应晶体管，通过施加电场独立的纳米晶体管的右边缘和左边缘。我们的结果将为拓扑电子学开辟一条新的途径。
2014-02-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spontaneous Formation of a Superconductor-Topological Insulator-Normal Metal Layered Heterostructure
石墨烯的发现刺激了对2D材料的大力研究，揭示了广泛的非凡特性和功能。最近已经通过以期望的顺序逐层组装隔离平面来制造2D异质结构材料。在这种层状异质结构中发现了许多不寻常的性质和新的物理现象。例如，霍夫施塔特的蝴蝶，布洛赫电子能量状态的一种有趣模式，几十年前被预测只有在常规材料中不可行的强磁场下才能观察到。但最近在石墨烯/BN层状异质结构中，在当前的实验条件下观察到了这种现象，这是一种杰出的新型2D材料。此外，另一个惊人的物理现象，马约拉纳费米子被预测存在于由超导体（SC）和拓扑绝缘体（TI）组成的异质结构系统中。
2020-04-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Magnetoelectric polarizability and axion electrodynamics in crystalline insulators
电子在三维固体中的轨道运动可以产生赝标量磁电耦合$θ$，这是我们利用最近的弱非均匀材料极化理论推导出的单粒子情况下的一个事实。这种极化率$θ$与“轴子电动力学”拉格朗日量$Δ{\cal L}_{EM} = (θe^2 / 2 πh) {\bf E} \cdot {\bf B}$中出现的参数相同，已知该参数用于描述三维拓扑绝缘体（$θ=π$）的不寻常磁电特性。我们计算$θ$的一个简单的模型，访问的拓扑绝缘体，并讨论其连接到表面霍尔电导率。轨道磁电极化率可以推广到多粒子波函数，并定义了三维拓扑绝缘体，如IQHE，在拓扑基态响应函数。
2009-04-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Quantum Spin Hall Effect in IV-VI Topological Crystalline Insulators
我们设想在$(111)$取向的SnSe和SnTe拓扑晶体绝缘体薄膜中观察到量子自旋霍尔效应。使用紧束缚的方法支持的能带结构的第一性原理计算，我们表明，在这些薄膜中的二维带谱的能隙依赖于在一个振荡的方式上的层厚度。这些结果以及计算的拓扑不变指数和边缘态自旋极化表明，对于20-40单层厚的薄膜，出现二维拓扑绝缘体相。在此厚度范围内，在这两个，SnSe和SnTe，（111）取向的薄膜的边缘状态与狄拉克锥与相反的自旋极化在其两个分支。而在SnTe层中，一个单一的狄拉克锥出现在二维布里渊区的G点的投影，在SnSe（111）取向的层中，三个狄拉克锥在M点的投影被预测。
2015-01-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Topological Crystalline Insulators and Topological Superconductors: From Concepts to Materials
本文综述了拓扑绝缘体以外的拓扑材料的最新研究进展，特别是拓扑晶体绝缘体和体相拓扑超导体。阐述了这些新拓扑材料的基本概念、模型哈密顿量和新颖的电子性质。的关键作用的对称性，其拓扑性质的基础上阐明。讨论了它们在材料实现中的关键问题。
2015-01-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
$C_n$-symmetric higher-order topological crystalline insulators in atomically thin transition-metal dichalcogenides
基于第一性原理计算和对称性分析，我们预测了原子级薄（$1-N$层）的2 H VIB族TMDs $MX_2$（$M$ = Mo，W; $X$ = S，Se，Te）是受$C_3$旋转对称性保护的大禁带高阶拓扑晶体绝缘体.我们明确地证明了非平凡的拓扑指数和存在的标志性的角落状态与量子化分数电荷这些熟悉的TMD与大的散装光学带隙（$1.64-1.95$ eV的单层），这将有利于实验检测STM。我们发现在原子薄的（$1-N$层）2 H族-VIB TMD的扶手椅边缘的三角形有限尺寸薄片中存在定义明确的角态，并且相应的量子化分数电荷是层数$N$除以3模整数，它将简单地加倍包括自旋自由度。
2021-09-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin-filtered Edge States with an Electrically Tunable Gap in a Two-Dimensional Topological Crystalline Insulator
三维拓扑晶体绝缘体最近预测和观察的SnTe类的IV-VI半导体，主机金属表面状态的晶体对称性保护。在这项工作中，我们研究这些材料的薄膜，并揭示其潜在的器件应用。我们证明了沿（001）方向生长的SnTe和Pb（1-x）Sn（x）Se（Te）的薄膜在很宽的膜厚范围内是拓扑非平凡的，并且携带导电的自旋过滤边缘态，这些边缘态通过拓扑不变量受到（001）镜像对称性的保护。施加垂直于膜的电场将破坏镜像对称性并在这些边缘状态中产生带隙。这种功能促使我们提出一种新的拓扑晶体管器件，其中电荷和自旋输运最大限度地纠缠，并同时由电场控制。这种器件的高开/关操作速度以及自旋和电荷的耦合可能导致拓扑晶体绝缘体的电子和自旋电子学应用。
2013-10-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Impact of electrostatic fields in layered crystalline BCS superconductors
最近的实验报道的抑制临界电流在超导Dayem桥的应用强静电场的动机，在这项工作中，我们研究的影响超导能隙的电荷重新分配响应于施加的电场在薄的晶体金属。通过数值求解BCS间隙方程和泊松方程在一个完全自洽的方式，我们发现，通过减少配对强度，我们观察到的间隙上施加的电场的敏感性增加，突然上升和下降，是兼容的表面修改的局部状态密度。通过增加对强度朝向弱到中等耦合极限或通过在态密度中引入弱拖尾，显示从干净晶体到弱无序金属的演变，该效果被洗掉。
2020-12-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Discovery of Ĉ$_2$ rotation anomaly in topological crystalline insulator SrPb
拓扑晶体绝缘体（TCI）是由晶体对称性保护的具有非平凡拓扑结构的绝缘电子态。最近，理论上提出了一类新的受旋转对称性保护的TCI--$_n$，它们具有避开费米子加倍定理的表面旋转异常，即在表面上保持旋转对称性的是n个而不是2n个狄拉克锥。在这里，我们报告的第一个实现的双$_2$旋转异常的二元化合物SrPb。我们的第一性原理计算揭示了两个无质量的狄拉克费米子在（010）面上受到时间反演对称性T和π $_{2y}$的保护。使用角分辨光电子能谱，我们确定了两个狄拉克表面状态内的体带隙的SrPb，确认了在新的类的TCI的双$_2$旋转异常。这些发现丰富了拓扑相的分类，为探索新的TCI类的奇异行为铺平了道路。
2021-04-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Symmetry breaking and Landau quantization in topological crystalline insulators
在最近发现的拓扑晶体绝缘体SnTe和Pb_{1-x} Sn_{x}（Te，Se）中，晶体对称性和电子拓扑性相互交织，产生了具有许多有趣特征的拓扑表面态，包括Lifshitz跃迁、Van-Hove奇异性和费米子质量产生。这些表面状态通过相对于（110）平面的镜像对称性来保护。在这项工作中，我们提出了一个全面的研究的影响，不同的镜像对称性破缺微扰的（001）表面能带结构。原始（001）表面态在低能时有四个狄拉克费米子分支。我们发现，铁电型结构畸变产生的质量和间隙的一些或所有这些狄拉克点，而应变位移狄拉克点在布里渊区。面内磁场使表面态无隙，但在狄拉克点之间引入不对称性。最后，平面外的磁场导致离散的朗道能级。我们发现，朗道能级谱有一个不寻常的模式的简并和有趣的功能，由于独特的基本能带结构。这表明朗道能级光谱可以检测和区分拓扑晶体绝缘体中对称性破缺的不同机制。
2014-06-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Landau level spectroscopy of PbSnSe topological crystalline insulator
本文报道了一种拓扑晶体绝缘体Pb $_{1-x}$ Sn $_x$ Se的红外磁谱研究。我们已经检查了一组样品，所有的电子带的反转制度，与锡的成分从$x=0.2$到$0.33$变化。我们的分析表明，所观察到的响应，由一系列的带间朗道能级激发，可以解释和建模使用相对论性的三维大质量狄拉克电子的哈密顿量，扩展到包括对角二次项，施加带反转。在我们的数据中，我们没有发现任何明确的签名的无质量的电子状态，是目前的表面上的铅$_{1-x}$锡$_x$硒晶体在倒置制度。这种意想不到的结果的原因进行了讨论。
2021-03-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Observation of topological crystalline insulator surface states on (111)-oriented Pb$_{1-x}$Sn$_{x}$Se films
本文报道了用角分辨光电子能谱测量三维拓扑晶体绝缘体Pb $_{1-x}$ Sn $_{x}$ Se（111）取向薄膜的表面态。我们观察到的表面状态与Dirac-like色散在$\barΓ$和$\bar{M}$在表面布里渊区，支持最近的理论预测，这一系列的材料。我们研究了表面态的平行色散各向同性和Dirac点结合能，并进行紧束缚计算来支持我们的发现。相对简单的生长技术是令人鼓舞的，并建议一个明确的路径，为今后的调查应变，邻近性和替代表面取向的作用（铅，锡）硒化合物。
2013-12-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tuning topological surface states by cleavage angle in topological crystalline insulators
最近在两类特殊绝缘体--拓扑绝缘体和拓扑晶体绝缘体--的表面发现了导电态，它们的区别在于它们对无序水平上的局部和非磁性表面缺陷不敏感，这种无序水平足够小，可以用微扰理论来描述。然而，在非局部宏观缺陷的情况下的表面状态的行为是不清楚的。在这里，我们提出了一个系统的研究拓扑表面状态的邻位平面（偏离完美的表面解理）在拓扑晶体绝缘体的碲化锡家庭，通过使用现实的第一性原理推导的紧束缚模型。所提出的理论框架是相当普遍的，并容易允许扩展到其他拓扑绝缘体族。
2019-09-21 cond-mat.mtrl-sci
Topological Crystalline Insulators
最近拓扑绝缘体的发现重新引起了人们对绝缘能带结构拓扑性质的兴趣。在这项工作中，我们扩展了绝缘能带结构的拓扑分类，包括某些点群对称的晶体。我们发现了一类三维的拓扑晶体绝缘体，它们在某些高对称性的晶体表面上具有金属表面态。这些拓扑晶体绝缘体可以被看作是拓扑绝缘体在没有自旋轨道耦合的材料中的对应物。它们的表面态具有二次带简并性而不是线性狄拉克色散。它们的能带结构具有新的Z 2不变量。我们希望这项工作将扩大家庭的拓扑相带绝缘体和刺激他们在实际材料中的搜索。
2011-03-12 cond-mat.mtrl-sci
Topological polarization, dual invariants, and surface flat band in crystalline insulators
我们描述了一个三维晶体拓扑绝缘体（TI）相的物质，表现出自发极化。这种偏振是由于在这种TI的表面上存在（近似）平坦的带而产生的。这些平带是极化拓扑介质的体边界对应的结果，并且与也包含表面平带的相关节线半金属相相反，它们跨越整个表面布里渊区。我们还提出了一个例子哈密尔顿表现出的Lifshitz过渡从节线阶段的TI阶段与极化。利用弹性四分体，我们显示了一个完整的分类的3D晶体TI相和不变量。具有偏振的相位自然地从这种分类中产生，作为先前更好地已知的表现出量子（自旋）霍尔效应的3D TI相位的对偶。除了极化，大表面平带的另一个含义是对相互作用效应的敏感性，如超导性：平均场临界温度与平带的大小成正比，因此这种类型的系统可能会表现出非常高的临界温度的超导性。
2020-12-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Valleytronics on the Surface of Topological Crystalline Insulator: Elliptic Dichroism and Valley-Selective Optical Pumping
拓扑晶体绝缘体（TCI）表面的低能理论的特征在于四个狄拉克锥在$x$和$y$方向上各向异性。最近的实验表明，可以通过对晶体结构施加应变而使晶体变形，从而在这些狄拉克锥中引入带隙。TCI曲面为我们研究Dirac锥带隙时的谷电子学提供了一条新的途径。事实上，该系统有陈数和三个valley-Chern数。我们研究了TCI表面的光吸收。虽然四个狄拉克锥具有相同的手征，但它仍表现出很强的椭圆二色性。也就是说，我们发现，由于狄拉克锥的各向异性，右和左偏振光的折射率是不同的，这取决于质量的符号和狄拉克锥的位置。通过测量这种椭圆二向色性，就有可能用实验来确定狄拉克锥的各向异性。
2014-05-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ferroic Berry Curvature Dipole in a Topological Crystalline Insulator at Room Temperature
与Berry曲率有关的物理是当前凝聚态物理的一个中心研究课题。Berry曲率偶极（BCD）是一种重要而有趣的凝聚态现象，涉及反转对称性破缺。然而，BCD的产生和可控性迄今为止被限制在远低于室温（RT）和非挥发性（即，铁性）BCD尚未被发现，阻碍了拓扑物理学的进一步发展。在这项工作中，我们证明了一个可切换的和非易失性BCD效应在RT拓扑晶体绝缘体，Pb 1-xSnxTe（PST），这是由于铁性畸变。令人惊讶的是，铁性BCD的数量级比非铁性BCD的数量级大几个数量级，例如在过渡金属二硫属化物中。在PST中发现这种铁性的超大BCD可以为拓扑材料科学和新型拓扑器件工程的进一步发展铺平道路。
2023-03-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Topological crystalline insulator states in Pb(1-x)Sn(x)Se
拓扑绝缘体是一类新型的量子材料，其时间反转对称性、相对论（自旋-轨道）效应和反向能带结构导致在大块晶体表面上形成电子金属态。这些螺旋状态表现出狄拉克一样的能量分散体带隙，它们是拓扑保护。最近的理论建议表明拓扑晶体绝缘体的存在，这是一类新型的拓扑绝缘体，其中晶体对称性取代了拓扑保护中的时间反演对称性[1，2]。在这项研究中，我们表明，窄隙半导体Pb（1-x）Sn（x）Se是一个拓扑晶体绝缘体x = 0.23。温度依赖的磁输运测量和角分辨光电子能谱学表明，该材料经历了一个温度驱动的拓扑相变从平凡的绝缘体的拓扑晶体绝缘体。这些实验发现为拓扑绝缘体家族增加了一个新的类别。我们期望这些结果将是一个相当大的机构的拓扑晶体绝缘体以及拓扑相变的详细研究的额外研究的开始。
2013-08-15 cond-mat.mtrl-sci
Electronic-structure theory of crystalline insulators under homogeneous electric field
基于传统的能带理论，提出了一种描述有限均匀电场作用下晶体绝缘体电子结构的方法。导出了偏振度的表达式，将偏振度的“贝里相位”理论推广到非零场。的解决方案的特点进行了详细的研究，并与现有的微扰理论和计算方案进行了讨论。
2003-06-13 cond-mat.mtrl-sci
Electronic properties of SnTe-class topological crystalline insulator materials
近年来拓扑绝缘体的兴起，无论是在凝聚态物理的概念认知上，还是在电子器件的革命性发展上，都有了新的突破。它还刺激了对更多拓扑状态的物质的探索。拓扑晶体绝缘体是一种新的拓扑相，它将电子拓扑和晶体对称性结合在一起。本文综述了SnTe类拓扑晶体绝缘体材料的研究进展。从体拓扑、表面态计算和实验观察等方面的拓扑识别出发，介绍了拓扑晶体绝缘体在各种扰动（包括本征缺陷、化学掺杂、应变和厚度依赖的限制效应）下的电子性质，并讨论了它们独特的量子输运性质.例如狄拉克费米子的谷选择性过滤和螺旋度分辨功能。SnTe类材料具有丰富的性质和高的可调谐性，使其成为新型量子器件的候选材料。
2016-07-16 cond-mat.mtrl-sci
Proximity-Induced Superconductivity in a Topological Crystalline Insulator
超导拓扑晶体绝缘体（TCI）预计主机新的拓扑相保护的晶体对称性，但现有的材料是不够适合的表面研究。为了诱导超导电性在一个原型的TCI SnTe的表面，我们使用分子束外延生长的异质结构的SnTe和高Tc超导体Fe（Te，Se），利用“缓冲”层之间的大晶格失配SnTe和Fe（Te，Se）。利用低温扫描隧道显微镜和光谱学，我们测量了SnTe表面的一个显著的光谱带隙，并通过它对温度和磁场的依赖性证明了它的超导起源。我们的工作提供了一个新的平台，在原子尺度上的新兴的拓扑现象超导TCIs的调查。
2019-11-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
New quantum critical points of $j=3/2$ Dirac electrons in antiperovskite topological crystalline insulators
我们研究了具有$O_h$对称性的立方晶体中$j=3/2$ Dirac电子的长程库仑相互作用的效应，它是反钙钛矿拓扑晶体绝缘体的有效模型.重整化群分析揭示了三个不动点，它们是洛伦兹不变量、旋转不变量和$O_h$不变量。其中，Lorentz-和$O_h$ -不变不动点在低能极限是稳定的，而旋转不变不动点是不稳定的。有限速度各向异性狄拉克费米子的稳定$O_h$不变不动点的存在性是固体中突现洛伦兹不变性的一个有趣的反例。
2016-06-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
First-principles prediction of a new family of layered topological insulators
研究了几十种层状V $_2$ IV $_2$ VI $_6$（V=P，As，Sb，Bi，IV=Si，Ge，Sn，Pb，VI=S，Se，Te）材料，其中几种已在实验中成功合成。其中，我们预测了9个强拓扑绝缘体（TI），2个强拓扑金属（TM）和近20个平凡绝缘体的平衡结构。的TI是在（1;111）拓扑类，具有从0.04到0.2 eV的范围内的能隙。强TM和平凡绝缘体分别属于（1;111）和（0;000）拓扑类。小的压缩应变很容易将一些不重要的绝缘体变成强的TI。该研究不仅丰富了拓扑材料家族，也丰富了范德华层状材料家族，为未来的自旋电子器件提供了有希望的候选材料。
2019-07-19 cond-mat.mtrl-sci
Possible High TC Layered Ferromagnetic Insulator Sr2NiRuO4: An ab initio Study
磁性绝缘体通常是反铁磁的（AFM），层状AFM化合物通常具有较低的有序化温度。另一方面，具有高TC的层状铁磁（FM）绝缘体非常罕见，尽管它们在自旋电子学应用中可能非常有用。在这里，使用晶体场能级分析结合密度泛函理论计算以及蒙特卡罗模拟，我们预测，层状绝缘体Sr 2 NiRuO 4将具有很强的FM耦合与TC高达240 K。四方晶场使S=1/2Ni+和S=3/2 Ru ~（3+）态稳定。独特的水平有序和占领优化FM Ni-Ru超交换相互作用的棋盘式排列，从而表明Sr 2NiRuO 4作为一个不寻常的高TC层状FM绝缘体。这项工作突出了潜在的电荷-自旋-轨道自由度稳定强FM耦合层状氧化物。
2018-10-15 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Prediction of weak topological insulators in layered semiconductors
我们报道了在蜂窝晶格中通过从头计算发现的弱拓扑绝缘体。我们提出了一个结构，奇数层的原始单位细胞作为一个先决条件，形成弱拓扑绝缘体。在这里，单层KHgSb是最合适的候选者，其大的体积能隙为0.24 eV。它的侧面承载金属表面态，形成两个各向异性的狄拉克锥。虽然均匀分层结构的堆叠导致平凡的绝缘体，但如果晶体中存在额外的单层作为堆垛层错，则该结构可以容纳具有大的体隙的量子自旋霍尔层。所报道的蜂窝状化合物可以作为原型，以帮助发现新的弱拓扑绝缘体在层状小间隙半导体。
2012-06-20 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Topological nature of step edge states on the surface of topological crystalline insulator Pb$_{0.7}$Sn$_{0.3}$Se
除了新颖的表面态，拓扑绝缘体还可以在晶体缺陷处表现出鲁棒的无隙态。台阶边是晶体表面常见的一类缺陷。在这项工作中，我们建立了拓扑晶体绝缘体（TCI）Pb $_{0.7}$ Sn $_{0.3}$ Se的[001]表面的台阶边缘的一维（1D）束缚态的拓扑性质，从理论和实验两方面。我们表明，台阶边缘态的拓扑稳定性来自于表面低能物理的一个紧急粒子-空穴对称性，并展示了粒子-空穴对称性破缺的实验特征。我们还揭示了外部磁场对一维束缚态的影响。我们的工作表明，类似的拓扑阶边模式的可能性，在其他拓扑材料与岩盐结构。
2019-01-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Studies of CoFeB crystalline structure grown on PbSnTe topological insulator substrate
采用激光分子束外延（LMBE）方法在Pb 0. 71 Sn 0. 29 Te拓扑绝缘体衬底上生长了Co 40 Fe 40 B20薄膜，并对生长条件进行了研究。首次证明了在拓扑绝缘体表面生长铁磁体外延层的可能性。所获得的Co40Fe40B20层具有bcc晶体结构，其具有平行于（111）PbSnTe面的结晶（111）面。利用反射高电子衍射（RHEED）图形倒易空间的三维映射，可以确定拓扑绝缘体薄膜与衬底之间的主晶轴外延关系。衍射图案中的一些反射的淬灭允许确认衬底化学计量。
2017-12-18 cond-mat.mtrl-sci
Atomic-ordering-induced quantum phase transition between topological crystalline insulator and Z2 topological insulator
单一材料中的拓扑相变通常是指平凡带绝缘体和拓扑狄拉克相之间的转变，但这种转变也可能发生在不同类别的拓扑狄拉克相之间。然而，在同一材料中实现Z2非平凡拓扑绝缘体（TI）和拓扑晶体绝缘体（TCI）之间的量子跃迁是一个根本的挑战，因为Z2 TI和TCI对能带反转数目的矛盾要求使得它们很难共存于同一材料中。Z2 TI在所有的时间反演不变动量上必须有奇数个带反转，而新发现的TCIs作为受潜在晶体对称性保护的拓扑狄拉克材料的一个独特类别，拥有偶数个带反转。以PbSnTe_2合金为例，说明在适当的合金成分下，原子有序化是调节合金对称性的有效途径，当合金从无序相有序化为稳定的CuPt相时，可以实现TCI相和Z_2 TI相的电转换。我们的研究结果表明，原子有序提供了一个新的平台，在不同的拓扑相位之间切换。
2017-02-19 cond-mat.mtrl-sci
Ab initio Wannier-function-based many-body approach to Born charge of crystalline insulators
在本文中，我们提出了一种方法，旨在执行多体计算的晶体绝缘体的玻恩有效电荷，包括电子相关效应。该方案完全在实空间中实现，使用Wannier函数作为单粒子轨道。相关效应的计算包括虚拟激励从Hartree-Fock平均场，和激励组织为每一个贝特-戈德斯通一样的多体层次。我们的计算结果表明，这里提出的方法是有前途的。
2004-11-09 cond-mat.mtrl-sci
Non thermal isostructural electrically driven insulator-metal transition and electro-strain in layered cobaltate
我们在这里报告发现电驱动的绝缘体到金属过渡（IMT）和伴随的同构体积膨胀的层状钴酸盐，否则不表现出温度依赖性IMT。这些发现在宏观、微观和原子尺度上都得到了证实。随着电压的应用，在二维层状La 2-xSrxCoO 4中观察到金属区域的生长。金属区域的生长与体积增加（应变高达0.3%）相关。非热IMT和电应变被认为是由Co ~（3+）高自旋态的电扩散引起的。
2019-08-03 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Probing magnetism in 2D van der Waals crystalline insulators via electron tunneling
磁性绝缘体是下一代自旋电子学和拓扑器件的关键资源。层状金属卤化物家族有望成为绝缘多铁性、自旋液体和铁磁体，但需要新的表征方法来释放它们的潜力。在这里，我们报告隧穿作为温度和施加的磁场的函数通过层状磁性绝缘体CrI3。我们电学上探测到了磁基态和层间耦合，并观察到了场致变磁转变。双层、三层和四层CrI3势垒的变磁转变导致磁阻分别为95%、300%和550%。我们进一步测量我们的结的非弹性隧穿谱，揭示了丰富的光谱集体磁激发（磁振子）CrI3。我们的研究结果建立了垂直隧穿作为一个多功能的探针磁性原子薄绝缘体。
2018-01-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Distinct topological crystalline phases in models for the strongly correlated topological insulator SmB6
最近提出SmB 6既是强拓扑绝缘体又是拓扑晶体绝缘体。对于这个和相关的立方拓扑Kondo绝缘体，我们证明了四个不同的拓扑相位的存在，区别于镜像陈数的符号。我们用简单的可观测量来描述这些阶段，并为每个阶段提供具体的紧束缚模型。根据SmB 6的理论和实验结果，我们认为它实现了C^+_{k_z=0}=+2，C^+_{k_z=pi}=+1，C^+_{k_x=k_y}=-1的相位，并提出了相应的极小模型。
2015-05-13 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Spin Seebeck effect in the layered ferromagnetic insulators CrSiTe$_3$ and CrGeTe$_3$
在自旋电流穿过铁磁Cr层的测量结构中，研究了Pt膜覆盖的CrSiTe $_3$和CrGeTe $_3$中的纵向自旋塞贝克效应（LSSE）.在铁磁相中清楚地观察到LSSE响应，并且与标准LSSE磁体Y $_3$ Fe $_5$ O $_{12}$相反，在CrSiTe $_3$ /Pt和CrGeTe $_3$ /Pt样品中均保持在临界温度以上。借助数值计算，我们将在顺磁制度中观察到的LSSE信号归因于由短程铁磁相关和强塞曼效应增强的面内顺磁矩的交换主导层间传输。
2019-08-16 cond-mat.mtrl-sci
Layer Construction of Topological Crystalline Insulator LaSbTe
拓扑晶体绝缘体（TCI）是晶体保护的拓扑状态之一。任何TCI都可以变形为晶格中几个解耦的二维（2D）拓扑非平凡层的简单乘积态，这些层的晶体对称性称为层结构（LC）极限。在这项工作中，基于第一性原理计算，我们已经发现，无论是四相LaSbTe（t-LaSbTe）和正交LaSbTe（o-LaSbTe）可以解释为堆叠的二维拓扑绝缘体在每个晶格空间。由软声子模引起的从t-LaSbTe到o-LaSbTe的结构相变证明了实空间变化如何导致拓扑态的改变。基于LC理论分析了它们的拓扑不变量和基于安全性的指标。我们建议，LaSbTe是一个理想的例子，展示了LC范式，桥梁的实空间中的晶体结构的能带拓扑在动量空间。
2020-05-19 cond-mat.mtrl-sci
Topological Crystalline Insulator Nanomembrane with Strain-Tunable Band Gap
精细调节拓扑材料中的带隙和带反转的能力对于新型功能器件的开发是高度期望的。在这里，我们提出了拓扑晶体绝缘体（TCI）的SnTe和Pb $_{1-x}$ Sn $_x$（Se，Te）的独立纳米膜的电子性质是高度可调的工程弹性应变和控制膜厚度，导致可调的带隙和巨大的压电电导率。膜的厚度决定了相对表面上拓扑电子态的杂化，而弹性应变可以通过控制表面态的穿透长度来进一步调节杂化强度。我们提出了一种利用力集中在空间变化宽度的TCI纳米膜中引起的非均匀弹性应变的频率分辨红外探测器。预测的可调谐带隙伴随强自旋织构电子态将为基于TCI纳米膜的压阻器件、热电器件、红外探测器以及节能电子和光电子器件的制备开辟新的途径。
2014-03-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Surface-state-dominated transport in crystals of the topological crystalline insulator In-doped Pb$_{1-x}$Sn$_x$Te
三维拓扑绝缘体和拓扑晶体绝缘体代表了物质的新量子态，它们被预测具有绝缘体态和自旋动量锁定的无隙表面态。在实验上，已经证明难以实现将允许表面状态在相当大的温度范围内支配输运性质的高体电阻率。在这里，我们报告了一系列的铟掺杂的Pb $_{1-x}$ Sn $_x$ Te化合物，表现出巨大的体积电阻率连同拓扑表面状态的强有力的证据，基于厚度依赖的输运研究和磁阻测量。对于这些体绝缘材料，表面状态决定了接近30 K的温度下的电阻率。
2015-02-09 cond-mat.mtrl-sci
New interpretation of the origin of 2DEG states at the surface of layered topological insulators
基于相对论从头计算，我们证明了在层状拓扑绝缘体表面同时出现抛物线和M形二维电子气（2DEG）带以及前者的Rashba分裂的驱动机制是由于金属原子或残余气体的嵌入引起的范德华（vdW）间距的扩展. vdW间距的扩展和出现的2DEG状态本地化的（子）表面区域也伴随着重新定位的拓扑表面状态的较低的五重层，这可以解释实验发现的带间散射的情况下。
2011-07-16 cond-mat.mtrl-sci
Mechanically exfoliated low-layered [Ca$_2$CoO$_3$]$_{0.62}$[CoO$_2$]: A single-crystalline p-type transparent conducting oxide
本文通过机械剥离单晶制备了低层数[Ca$_2$CoO$_3$]$_{0.62}$[CoO$_2$]透明导电氧化物，其电阻率低于多晶及c轴取向薄膜，品质因子优于已有报道，展示了一种多功能透明热电氧化物材料。
2023-08-06 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el physics.app-ph
Fundamentals of crystalline Hopf insulators
三维晶体霍普夫绝缘体是酉Wigner-Dyson类的一般成员，它可以打破所有的整体离散对称和点群对称。在布里渊区的任意二维平面上，在第一陈数不存在的情况下，得到了Hopf不变量$N_H \in \mathbb{Z}$。但在存在陈数$N_H \in \mathbb{Z}_{2q}$的情况下，其中$q$是布里渊区$xy$、$yz$和$xz$平面的陈数的最大公约数。$N_H$如何影响各向同性磁电系数的拓扑量子化？我们用Witten效应的计算来回答这个问题。此外，我们构建了$N$带紧束缚模型的霍普夫绝缘体，并证明了其拓扑稳定性对频谱平坦。
2023-01-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Topological Crystalline Insulators and Dirac Octets in Anti-perovskites
我们预测了一类新的拓扑晶体绝缘体（TCI）的反钙钛矿材料的家庭与化学式A $_3$ BX。这里的非平凡拓扑结构产生于两个$J=3/2$四重态之间的带反转，这是由“狄拉克八重态”的广义狄拉克方程描述的。我们的工作表明，反钙钛矿是一个很有前途的新场所，探索能带拓扑结构，晶体对称性和电子相关性之间的合作相互作用。
2014-08-07 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Spin-polarized (001) surface states of the topological crystalline insulator Pb_{0.73}Sn_{0.27}Se
我们研究了新发现的拓扑晶体绝缘体（TCI）相中Pb_{0.73} Sn_{0.27} Se的（001）表面态的性质以及在带隙反转温度以上相应的拓扑平凡态。我们的计算不仅预测金属表面态与非平凡的手征自旋结构的TCI的情况下，但非金属（间隙）的表面态与非零自旋极化时，系统是一个正常的绝缘体。对于这两个阶段，角度和自旋分辨的光电子能谱学测量提供了确凿的证据，这些（001）表面态的形成Pb_{0.73} Sn_{0.27}硒，以及它们的手性自旋结构。
2012-12-08 cond-mat.mtrl-sci
The topological-crystalline-insulator (Pb,Sn)Te - surface states and their spin-polarization
采用紧束缚方法，我们从理论上研究了Pb0.4Sn0.6Te -新发现的拓扑晶体绝缘体的表面态的性质。除了以前研究的（001）表面态外，还考虑了另外两个表面族，{011}和{111}，其中晶体岩盐结构的镜像对称性在拓扑保护中起着同样的作用。计算结果表明，（Pb，Sn）Te的（111）表面态应出现4个单拓扑保护的Dirac锥，而（110）表面态的保护被解除了2个L点.在这种情况下，由于两个L谷之间的相互作用，而不是狄拉克点能隙出现在表面态中。在所有研究的情况下，获得手征自旋织构。
2013-03-28 cond-mat.mtrl-sci
Realization of Epitaxial Thin Films of the Topological Crystalline Insulator Sr$_3$SnO
拓扑材料来源于对称性和拓扑之间的相互作用。拓扑能带理论的进展已经导致预测反钙钛矿氧化物Sr $_3$ SnO是拓扑晶体绝缘体，一种新的物质电子相，其（001）晶面的导电性受到晶体点群对称性的保护。然而，实现这种材料是具有挑战性的。在热力学计算的指导下，我们设计并实现了一种分子束外延（MBE）方法，实现了Sr $_3$ SnO单晶薄膜的吸附控制外延生长。原位传输和角度分辨光电子能谱测量揭示了金属和非平凡的拓扑性质的生长样品。与传统的分子束外延相比，所使用的合成路线的结果在优越的样品质量，并很容易适应其他拓扑系统与反钙钛矿结构。拓扑晶体绝缘体薄膜的成功实现为通过外延应变和异质结构调整对称性来操纵拓扑状态提供了机会。
2019-12-31 cond-mat.mtrl-sci
Fabrication of Germanium-on-insulator in a Ge wafer with a crystalline Ge top layer and buried GeO2 layer by Oxygen ion implantation
本文报道了通过对取向为（100）的未掺杂单晶Ge晶片进行氧离子注入来制造绝缘体上锗（GeOI）晶片。注入能量为200 keV的氧离子。对注入的晶片进行快速热退火至650 ℃。所得晶片具有220 nm厚的顶部结晶Ge层和厚度约0.62微米的优质结晶氧化锗的掩埋氧化物层（BOX）层。晶体BOX层具有晶格常数接近标准值的六方晶体结构。拉曼光谱，横截面HRTEM与SAED和EDS确定，顶部Ge层在退火过程中与小面微晶再结晶。顶层具有约+0.4\%的小拉伸应变，并且估计位错密度为2.7 x 10^{7}cm^{-2}。顶层的厚度、结晶度和电特性以及GeO_{2}的BOX层的质量使得其可用于器件制造。
2020-07-12 cond-mat.mtrl-sci
