Three-dimensional topological insulator feature of ternary chalcogenide Ge2Bi2Te5
Anhui University（安徽大学）；Renmin University of China（中国人民大学）；Chinese Academy of Sciences（中国科学院）；University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）
研究发现三元硫化物Ge2Bi2Te5具有三维拓扑绝缘体特性，其本征电子结构和拓扑表面态为探索奇异拓扑现象提供了新平台。
2026-01-16 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Two Band Model Interpretation of the p to n Transition in Ternary Tetradymite Topological Insulators
在拓扑绝缘体中对大的体电阻率的要求已经导致了具有平衡的施主和受主能级的复杂的三元和四元相的设计。优化相位的一个共同特征是它们靠近p到n过渡。碲铋矿Bi_2Te_3_xSex系统在有序组成Bi_2Te_2Se时表现出最小的体电导。通过结合局部和积分测量的状态密度，我们发现，在x=1.0的最小电导率的点，载流子从空穴类电子的变化是由混合型的导电性的特征。我们的实验结果，这是一个两个波段模型的框架内解释的不同载体类型，表明混合状态起源于不同类型的原生缺陷，强烈补偿在交叉点。
2015-06-18 cond-mat.mtrl-sci
Adiabatic transformation as a search tool for new topological insulators: distorted ternary Li$_2$AgSb-class semiconductors and related compounds
我们表明，基于第一性原理的绝热延拓方法是一个非常强大和有效的工具，用于构建拓扑相图和定位非平凡的拓扑绝缘体材料。使用这种技术，我们预测，三元金属间化合物系列锂$_2M'X$，其中$M'$ =铜，银，金，或镉，和$X$ =锑，铋，或锡，主机的数量拓扑绝缘体具有显着的功能变体和可调谐性。我们还预测，一些III-V族半金属化合物是拓扑非平凡的。我们构建了一个拓扑相图中的原子的原子序数的参数空间中的Li $_2M'X$化合物，这将大量的拓扑材料中提出的这项工作，以及在一个单一的统一的拓扑框架内的早期研究。我们的研究结果表明绝热延拓的有效性作为一个有用的工具，探索拓扑非平凡的合金系统，并确定新的拓扑绝缘体，即使在底层的晶格不具有反转对称性，和基于宇称分析的方法是不可行的。
2013-03-09 cond-mat.mtrl-sci
Tunable Multifunctional Topological Insulators in Ternary Heusler Compounds
最近，量子自旋霍尔效应（QSH）在二元半导体碲化汞量子阱中被理论预测和实验实现[1-3]。QSH态和拓扑绝缘体是量子物质的新态，在基础凝聚态物理和材料科学中都有重要的应用[1-11]。许多具有C1 b结构的Heusler化合物是三元半导体，它们在结构和电子上与二元半导体相关。Heusler材料的多样性为调整带隙和通过选择具有适当杂化强度（通过晶格参数）和自旋轨道耦合的大小（通过原子电荷）的化合物来设置所需的带反转打开了广泛的可能性。基于第一性原理计算，我们证明了大约50个Heusler化合物显示出类似于HgTe的能带反转。这些零能隙半导体的拓扑状态可以通过施加应变或设计适当的量子阱结构来创建，类似于碲化汞的情况。这些三元零带隙半导体（LnAuPb、LnPdBi、LnPtSb和LnPtBi）中的许多含有稀土元素Ln，其可以实现从超导性（例如，G. [12]第12话，一个人的幸福。G. GdPtBi[13]）和重费米子行为（e. G. YbPtBi[14]）。这些性质为实现量子化反常霍尔效应和拓扑超导体开辟了新的研究方向。
2010-02-28 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Density Functional Study of Ternary Topological Insulator Thin Films
采用基于从头算密度泛函理论的半局域密度近似电子结构方法，研究了两种基于铊（Tl）和铋（Bi）三元化合物的拓扑绝缘体的薄膜电子性质.我们考虑$_2$（X=Se，Te）和$_2$ PDMATHABMO_2 $X$ _3$（X=Se，Te）.由于这种性质与结构完美的块状晶体相结合，在最近的实验中发现后一种三元化合物具有改善的表面电子传输。在这篇文章中，我们讨论了表面态的性质，它们在布里渊区的位置和它们在体区域内的相互作用。我们的计算表明，临界薄膜厚度，以保持狄拉克锥，这是显着小于在二元Bi基化合物。原子弛豫或重排被发现影响狄拉克锥在这些化合物中的一些。并借助层投影表面电荷密度，讨论了表面态进入体区的穿透深度。这些三元化合物的电子光谱与已有的实验结果符合得很好。
2011-04-27 cond-mat.mtrl-sci
Growth, characterization, and transport properties of ternary (Bi1-xSbx)2Te3 topological insulator layers
采用分子束外延技术在Si（111）衬底上制备了Sb含量为0~100%的（Bi_（1-x）Sb_x）_2Te_3薄膜。X射线衍射测量证实在所有情况下的单晶生长。Sb含量用X射线光电子能谱学测定。从拉曼光谱得到的Sb含量的一致的值。扫描拉曼光谱表明，（Bi 1-xSbx）2Te3层与中间Sb含量显示空间组成的不均匀性。角分辨光电子能谱（ARPES）中观察到的光谱展宽也归因于这种现象。当Sb含量从x = 0增加到1时，ARPES测量显示费米能级从导带向价带移动。这种转变也证实了相应的磁输运测量的电导从n型到p型的变化。在这个过渡区中，电阻率的增加被发现，表明费米能级的带隙区域内的位置。在过渡区的更详细的测量表明，运输发生在两个独立的通道。通过栅电极的传输可以从n型改变为p型，从而允许在拓扑保护的表面状态内调节费米能级。
2016-10-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Unpinned Dirac-Fermions in Carbon-Phosphorous-Arsenic Based Ternary Monolayer
通过密度泛函理论预测CPAs2三元单层在费米能级附近表现出由对称性决定的无钉扎狄拉克费米子特性，且机械应变可诱导其发生金属-半金属或金属-半导体转变。
2023-07-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Topological Insulators in Ternary Compounds with a Honeycomb Lattice
固体物理学中最令人兴奋的课题之一是单层石墨，它表现出各种非常规的新特性。它的电子结构的关键特征是线性色散带，在费米能量处交叉在一个点上。这种所谓的狄拉克锥与最近发现的拓扑绝缘体的表面态密切相关。三元化合物如LiAuSe和KHgSb的Au-Se和Hg-Sb层具有蜂窝结构，其带反转非常类似于HgTe，这是拓扑表面态存在的强先决条件。与在K和K'点处具有两个狄拉克锥的石墨烯相反，这些材料表现出仅由在Γ点处的单个狄拉克锥形成的表面态以及由体中的强自旋轨道耦合（SOC）打开的小的直接带隙。这些材料是中心对称的，因此，可以确定它们的波函数的奇偶性，从而确定它们的拓扑特征。令人惊讶的是，具有强SOC的化合物KHgSb是拓扑平凡的，而LiAuSe被发现是拓扑非平凡的绝缘体。
2010-10-11 cond-mat.mtrl-sci
Dielectric capping effects on binary and ternary topological insulator surface states
采用基于密度泛函的电子结构方法，研究了晶体电介质对铋基和硫属元素基二元和三元三维拓扑绝缘体（TI）薄膜金属表面态的影响。考虑了结晶石英（SiO2）和氮化硼（BN）晶体。晶体近似的无定形石英允许研究氧气覆盖或环境影响的表面状态的退化，最近在实验界得到了关注的效果。我们考虑了对称和非对称的介质对TI薄膜表面的覆盖。我们的研究表明，BN和石英帽的狄拉克锥表面状态的二元和三元TI的影响可以忽略不计，除了在氧终止的石英表面的情况下。氧封端的石英中氧的悬挂键态在费米能级附近占主导地位，从而扭曲了TI狄拉克锥特征并将狄拉克点掩埋在石英价带区域中。用原子氢钝化氧终止的表面，从费米表面区域去除这些悬挂键态，因此恢复了清晰的狄拉克锥。我们的研究结果是一致的，最近的实验研究TI表面降解存在的氧气覆盖。
2011-09-29 cond-mat.mtrl-sci
Band Meandering due to Charged Impurity Effects and Carrier Transport in Ternary Topological Insulators
Indian Institute of Science Education and Research Kolkata（印度科学教育研究学院加尔各答分校）；Jaypee Institute of Information Technology（贾伊皮信息技术学院）
研究揭示了电荷杂质效应和载流子输运在三元拓扑绝缘体中对带状蜿蜒的影响，证明掺杂通过增强 disorder 降低表面输运性能。
2025-12-15 cond-mat.mtrl-sci
Band structure engineering in (Bi1-xSbx)2Te3 ternary topological insulators
三维拓扑绝缘体（TI）是一种新型的量子材料，具有绝缘体和拓扑保护的金属表面，具有类Dirac能带结构。自旋螺旋狄拉克表面态具有奇异的拓扑量子效应，在自旋电子学和量子计算中有着广泛的应用。这些想法的实验实现需要制造基于具有可调表面状态的体绝缘TI的多功能器件。当前以Bi 2Se 3和Bi 2 Te 3为例的TI材料面临的主要挑战是显著的体导电，尽管涉及纳米结构化、化学掺杂和电选通的广泛努力，但体导电仍然未解决。在这里，我们报告了一种新的方法工程的能带结构的TI的分子束外延（MBE）生长的（Bi 1-xSbx）2 Te 3三元化合物。角分辨光电子能谱（ARPES）和输运测量表明，在（Bi 1-xSbx）2 Te 3（x = 0 ~ 1）的整个组成范围内都存在拓扑表面态，表明体相Z2拓扑结构的稳定性.最值得注意的是，系统的能带工程导致理想的TI具有真正绝缘的体和可调的表面状态跨狄拉克点，表现得像四分之一的石墨烯。这项工作展示了一种新的路线，实现本征量子输运的拓扑表面状态和设计概念上新的TI设备与成熟的半导体技术。
2011-12-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Introduction to Dirac materials and topological insulators
我们提出了一个简短的教学介绍狄拉克材料的物理学，仅限于石墨烯和二维拓扑绝缘体。我们首先简要回顾一下粒子物理学中的狄拉克方程和外尔方程。转向凝聚态系统，介绍了半金属石墨烯和各种狄拉克绝缘体，包括Haltron和Kane-Mele拓扑绝缘体。我们还简要讨论了强自旋轨道耦合材料的实验实现。
2013-10-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Dirac nodal lines in the quasi-one-dimensional ternary telluride TaPtTe$_5$
Dirac谱线相位作为拓扑材料的一种量子态，通常存在于三维或至少二维的材料中，并具有足够的对称操作，可以保护Dirac带交叉。在这里，我们报告了准一维三元碲化物TaPtTe $_5$的电子结构的理论和实验研究相结合，这是证实了在一个强大的四倍简并线相位。我们的角分辨光电子能谱测量结果表明，两对线性色散Dirac-like带存在于一个非常大的能量窗口，从$\sim$ 0.75 eV的结合能延伸到整个费米能级。交叉点位于布里渊区的边界处，并形成Dirac-like节线。使用第一性原理计算，我们证明了存在的节面的$k_y = \pm π$平面上的自旋-轨道耦合（SOC）的情况下，这是保护TaPtTe $_5$的非对称对称性。当包含SOC时，节点面被分成几个节点线。通过理论分析，我们得出结论：沿$Y$ - $T$的节点线和连接$R$点的节点线是非平凡的，并且受到非对称对称性的保护，不受SOC的影响.
2022-05-12 cond-mat.mtrl-sci
Optimizing defect states in $(Bi_{0.3}Sb_{0.7})_{2}Te_{3}$ ternary topological insulators using indium doping
本研究利用脉冲激光沉积制备薄膜并结合电阻与噪声测量，发现铟掺杂能系统性地改变BST拓扑绝缘体中浅层和深层缺陷态的激活能，有效增强绝缘性能，为先进电子应用提供了调控手段。
2025-08-11 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
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
Resolving the Dirac Cone on the Surface of Bi2Te3 Topological Insulator Nanowires by Field-Effect Measurements
我们验证了线性色散关系，并通过场效应和磁阻测量相结合，我们明确地证明了纳米线表面态的拓扑绝缘体性质的一个单一的Bi2Te3纳米线的表面上解决狄拉克锥。此外，我们表明，实验确定的载流子浓度，迁移率和表面态的回旋质量与相对论模型非常吻合。我们的方法提供了一种简便的方法来识别拓扑绝缘体，太小的角度分辨光电发射光谱。
2014-05-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Topological Insulator State due to Finite Spin-Orbit Interaction in an Organic Dirac Fermion System
最近，Valenti等人指出了有机材料中自旋-轨道相互作用（SOI）的重要性，并根据小SOI带隙解释了狄拉克半金属α-（BEDT-TTF）2 I3在低温下的异常绝缘行为。我们提出了一个具有合理SOI耦合的晶格模型，并指出带隙态是一个拓扑绝缘体。该模型是石墨烯的Kane-Mele模型的有机类似物。
2018-04-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Visualizing the interplay of Dirac mass gap and magnetism at nanoscale in intrinsic magnetic topological insulators
在内禀磁性拓扑绝缘体中，狄拉克表面态能隙是量子反常霍尔态和轴子绝缘态的先决条件。然而，要在非纳米比亚实验性的基础上确定这些差距，已证明是一项挑战。在这里，我们使用分子束外延生长本征MnBi_2 Te_4薄膜。使用扫描隧道显微镜/光谱，我们直接可视化狄拉克质量间隙和它的消失低于和高于磁序温度。我们进一步揭示了狄拉克质量间隙和局部磁缺陷的相互作用。我们发现，在高缺陷区，狄拉克质量间隙崩溃。从头算和耦合狄拉克锥模型计算提供了深入了解缺陷密度和空间间隙变化之间的相关性的微观起源。该工作提供了明确的识别的狄拉克质量间隙在MnBi 2 Te 4，并通过揭示其间隙变化的微观起源，建立了一个材料设计原则，实现奇异态的内禀磁性拓扑绝缘体。
2022-08-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Experimental Observation of Bound States of 2D Dirac Electrons at Surface Steps of the Topological Insulator Bi$_2$Se$_3$
三维拓扑绝缘体的拓扑保护表面态为研究二维无质量狄拉克电子提供了一个模型框架。通常把拓扑绝缘体表面的台阶当作狄拉克电子的散射体，研究其效应主要集中在入射电子和散射电子的干涉上。然后，一个主要的作用是远离狄拉克点的狄拉克锥的翘曲。在狄拉克点附近的台阶的存在所带来的另一个显着的效果的存在，实验证明在这里。即台阶附近的能带弯曲导致相应势阱中一维束缚态的形成。本文报道了我们在拓扑绝缘体Bi $_2$ Se $_3$表面的扫描隧道显微镜和光谱研究中观察到的这种势阱中的束缚态。数值模拟支持我们的结论，并提供了一个配方，识别这样的状态。
2019-01-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Topological Critical Materials of Ternary Compounds
本文综述了具有六方ZrBeSi型结构的两个系列三元化合物AMgBi（A=K，RB，Cs）和ABC的拓扑性质。第一系列的材料AMgBi被预测为拓扑临界狄拉克半金属。第二系列三元化合物，如KZnP、BaAgAs、NaAuTe和KHgSb，可以用来实现各种拓扑绝缘态和半金属态。这些状态是高度可调的，因为这些拓扑状态的实现取决于几个能量尺度之间的竞争，包括原子轨道的能量，晶体分裂的能量，成键态和反键态之间的能量差，以及自旋轨道耦合的强度。预测了这一系列化合物的奇异表面态，并与它们独特的晶体结构密切相关。
2018-06-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Predicting Dirac semimetals based on Sodium Ternary Compounds
预测一种新的狄拉克半金属（DSM）以及其他拓扑材料是相当具有挑战性的，因为晶体结构，组成原子和能带拓扑之间的关系是复杂和难以捉摸的。在这里，我们展示了一种通过探索化学自由度来设计DSM的方法。基于对已知的DSM Na $_3$ Bi的理解，已经准确定位了一个家族中的三个化合物，即Na $_2$ MgSn、Na $_2$ MgPb和Na $_2$ CdSn。进一步的混合泛函计算表明，Na $_2$ MgPb和Na $_2$ CdSn具有DSM的能带拓扑结构.在（010）和（100）侧面上具有费米弧的非平凡表面态被显示为连接体狄拉克节点的投影。最重要的是，候选化合物是动态稳定的，并已通过实验合成。本文的研究思路将在理解已有拓扑材料的基础上，激发更多的拓扑材料定位设计。
2019-03-01 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Ultrafast electron dynamics at the Dirac node of the topological insulator Sb$_2$Te$_3$
拓扑绝缘体是物质的一种新的量子态。它们的表面和界面作为一个拓扑边界，产生无质量的狄拉克费米子与自旋螺旋纹理。研究狄拉克点附近的费米子动力学对拓扑绝缘体自旋电子器件的未来发展至关重要。然而，迄今为止的研究一直是不令人满意的，因为大量的重叠与体价带和缺乏一个完全未被占用的狄拉克点（DP）。在这里，我们探索表面狄拉克费米子动力学的TI Sb $_2$ Te $_3$的时间和角度分辨光电子能谱（TRARPES）。Sb $_2$ Te $_3$具有完全位于费米能（$E_F$）之上的DP，具有带隙内DP。上狄拉克锥中的受激电子比狄拉克点以下的受激电子停留更长的时间，以形成反转的布居。这归因于DP附近的态密度（DOS）降低。
2015-07-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Gold-Gold Bonding: The Key to Stabilizing the 19-Electron Ternary Phases LnAuSb (Ln = La-Nd and Sm) as New Dirac Semimetals
本文报道了一个新的三元111六方晶系LnAuSb（Ln = La-Nd，Sm）化合物，它的价电子数为19，比已知的LnAuZ化合物多出一个电子。第19个电子由层间的Au-Au键合容纳;这种Au-Au相互作用驱动相以YPtAs型结构结晶，而不是更常见的LiGaGe型。这是至关重要的，因为YPtAs结构类型具有形成狄拉克半金属所必需的能带交叉。能带结构、态密度和晶体轨道计算证实了这一点，这导致了在满电子态和空电子态之间几乎完全的带隙和稳定的化合物;因此，我们可以给出LnAuZ（Ln = Ge、As、Sn、Sb、Pb、Bi）相族的结构稳定性相图。这些计算还表明LaAuSb在费米能级以下有一个体狄拉克锥。这里报道的YPtAs型LnAuSb家族是以非常规方式应用于刚性封闭壳系统的金化学的独特性的一个例子。
2015-03-18 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Observation of three-dimensional Dirac semimetal state in topological insulator Bi2Se3
预测了三维拓扑绝缘体在拓扑到平凡相变的临界区域中表现出三维Dirac半金属态。在这里，我们展示了第一个实验证据的三维狄拉克半金属态的拓扑绝缘体Bi 2 Se 3与体载流子浓度为~ 10 ^19 cm^{-3}，使用磁输运测量。在低温下，我们的Bi 2Se 3晶体的电阻率表现出明显的Shubnikov-de Haas（SdH）振荡高于6 T。通过Lifshitz-Onsanger和Lifshitz-Kosevich理论对这些振荡的分析揭示了来自3D能带的非平凡π Berry相位，这是3D Dirac半金属态的决定性特征。我们的晶体中的Dingle温度和自然硒空位的大值表明，所观察到的3D狄拉克半金属态是增强的应变场和较弱的有效自旋轨道耦合的结果。
2015-04-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Graphene-like Dirac states and Quantum Spin Hall Insulators in the square-octagonal MX2 (M=Mo, W; X=S, Se, Te) Isomers
我们研究了过渡金属二硫属化物MX $_2$（$M$ =Mo，W; $X$ =S，Se，Te）的正六方晶格，作为MX $_2$正六方化合物的异构体。通过能带结构的计算，我们观察到了具有非对称空间群对称性的MX $_2$矩形晶格中的类石墨烯Dirac能带结构。范霍夫奇点的两个带在费米能级处相交，导致两个动量相反的狄拉克锥。自旋轨道耦合可以在这些狄拉克点打开一个非平凡的能隙，并诱导量子自旋霍尔（QSH）相，二维拓扑绝缘体。在这里，正方形-八边形MX $_2$结构实现了过渡金属二硫属化物中有趣的石墨烯物理，如狄拉克带和QSH效应。
2015-03-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Massive Dirac surface states in topological insulator/magnetic insulator heterostructures
拓扑绝缘体是一种新的物质状态，具有体隙和由时间反演对称性保护的鲁棒无隙表面态。当时间反演对称性破缺时，系统的表面态会产生能隙，从而引起系统对电磁场的拓扑响应--拓扑磁电效应。本文研究了由拓扑绝缘体和磁性绝缘体构成的异质结构中拓扑表面态的行为。几个兼容的磁性结构和拓扑绝缘体${\rm Bi_2Se_3}, {\rm Bi_2Se_3}, {\rm Sb_2Te_3}$的晶格匹配相对较好的磁性绝缘体被确定，最好的候选材料被发现是MnSe，一个反铁磁绝缘体。我们对${\rm Bi_2Se_3/MnSe}$超晶格进行了第一性原理计算，得到了表面态能带结构。与MnSe的磁交换耦合在表面态引起$\sim$ 54 meV的间隙。此外，我们还通过调节Mn离子与TI表面的距离来研究交换耦合的距离依赖性。
2012-08-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
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
Topological nonsymmorphic insulator versus Dirac semimetal in KZnBi
本文通过多种密度泛函计算揭示KZnBi中交换关联泛函强度决定其拓扑态，证明强XC效应是实现狄拉克半金属态的关键。
2023-12-12 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
Topological Insulator to Dirac Semimetal Transition Driven by Sign Change of Spin-Orbit Coupling in Thallium Nitride
基于第一性原理计算，我们发现TlN是一种具有有效负自旋轨道耦合$λ_{eff} < 0$的三维拓扑绝缘体，其表面态具有相反的自旋动量锁定效应. $λ_{eff}$的符号取决于N- $2p$和Tl- $5d$态之间的杂化，并且可以通过晶格应变或化学取代从负到正进行调谐，从而驱动系统成为在其体态具有3D狄拉克锥的狄拉克半金属。这种拓扑相变可以在不破坏任何晶体对称性的情况下通过电子机制实现。
2014-09-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Single Dirac-cone on the Cs-covered topological insulator surface Sb2Te3(0001)
利用角分辨光电子能谱学研究了三维拓扑绝缘体（TI）Sb_2 Te_3（0001）的表面电子结构。我们的数据表明，在体能隙中存在一个拓扑表面态，其Dirac点位于费米能级之上。Cs原子在Sb_2 Te_3（0001）上的吸附引起电子价带态的向下能量移动，其饱和值为~200 meV。对于饱和覆盖度，线性色散表面态的Dirac点位于费米能级附近。因此，电子结构的Cs/Sb 2 Te 3接口相当大地偏离先前研究的金属TI接口的基础上的同构化合物Bi 2Se 3的原子组成的重要性，在这些异质系统。
2012-09-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Quasiparticle Dynamics in Reshaped Helical Dirac Cone of Topological Insulators
拓扑绝缘体（TI）和石墨烯是两类独特的材料，它们分别具有自旋极化（螺旋）和非极化的Dirac-cone能带结构。多体相互作用对石墨烯中Dirac点附近线性能带的重正化作用的重要性已被广泛认识并引起了人们的关注。然而，螺旋狄拉克点的重整化尚未观察到在TI。在这里，我们报告的重正化准粒子光谱的实验观察与一个歪斜的狄拉克锥在一个单一的Bi双层生长在Bi 2 Te 3衬底上，从角分辨光电子能谱。第一性原理能带计算表明，准粒子谱可能与Bi双层膜的非本征衬底诱导狄拉克态和Bi_2 Te_3膜的本征表面狄拉克态在能量接近处的杂化有关.没有这样的杂交，只有单粒子狄拉克光谱观察到在一个单一的Bi双层生长在Bi 2Se 3，其中的非本征狄拉克态Bi双层和Bi 2Se 3的本征狄拉克态是很好地分离的能量。多体相互作用的可能起源进行了讨论。我们的研究结果提供了一种手段来操纵拓扑表面状态。
2013-02-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Observation of a Topological Insulator Dirac Cone Reshaped by Non-magnetic Impurity Resonance
在拓扑绝缘体表面发现的无质量狄拉克电子被认为受弱的非磁性无序的影响很小。然而，理论上预测强扰动非磁性杂质的共振效应会改变低能准粒子的色散和物理性质，导致缺乏微观平移对称性的独特粒子状状态。在这里，我们报告的直接观察的杂质重塑模型3D拓扑绝缘体Bi2Se 3的表面狄拉克锥。对于第一次，一个明显的扭结状分散功能中观察到的无序富集的样品，并发现密切相关的异常所造成的杂质共振的表面状态的态密度，观察到的二向色角分辨光电子能谱（ARPES）。这些功能，这非常类似于理论预测的实验观察，具有显着的影响，拓扑狄拉克锥在应用场景中，通常在表面或界面的功能点缺陷无序的属性。
2018-04-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Dirac points merging and wandering in a model Chern insulator
本文提出含复数近邻跃迁与子晶格势的正方晶格 Chern 绝缘体模型，揭示可移动、合并和分裂的 Dirac 点及特殊拓扑相变线，并指出其可在光学晶格中实验模拟。
2018-09-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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。
2009-07-17 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
A Dirac-fermion approach and its application to design high Chern numbers in magnetic topological insulator multilayers
本文提出一种Dirac-fermion方法，用于理解和设计层状磁性拓扑绝缘体多层膜中的高陈数，并成功解释了MnBi$_{2}$Te$_{4}$薄膜和特定多层膜中的高陈数及拓扑相变，为设计高陈数QAH态提供了有力工具。
2023-01-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Monolayer V2MX4: A new family of quantum anomalous Hall insulators
本研究理论提出范德瓦尔斯层状三元过渡金属硫族化合物V₂MX₄是一类陈数为-1的新型量子反常霍尔绝缘体，其具有大拓扑带隙、高居里温度等特性，相关规律可推广至同类材料，有望推动拓扑量子物理研究与应用。
2024-02-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
One-dimensional channel for Dirac electrons in a 3D topological insulator
拓扑绝缘体代表了一种新的物质状态，其中体能带的拓扑性质决定了具有独特性质的表面态的存在。这些材料被预测为主机异国情调的状态，如马约拉纳费米子和1D手征模式，其中许多需要一个微妙的调谐狄拉克点附近的表面状态的属性。利用扫描隧道显微镜（STM）对典型的拓扑绝缘体Bi 2 Te 3进行了研究，发现了一维拓扑条纹，这种条纹可以引起电子结构的空间调制变化。直接磁场测量揭示了朗道能级能量的条纹图案，其可用于实现具有交替填充分数的空间区域。当化学势被适当调节时，观察到的调制将指示在条纹之间的边界处存在拓扑1D手性模式，并为在拓扑绝缘体中实验实现1D无耗散量子线提供平台。我们的发现，表面态色散调制纳米尺度上的内在地形路线代表了一个新的范例控制狄拉克电子的性质。
2012-05-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Dirac-screening stabilized surface-state transport in a topological insulator
我们报告的门控应变碲化汞器件的磁输运研究。这种材料是一种三维拓扑绝缘体，并且只表现出表面态输运。值得注意的是，朗道能级色散和霍尔量子化的精度在很宽的密度范围内保持不变（$3 \times 10^{11} cm^{-2} < n < 1 \times 10^{12} cm^{-2}$）。这意味着，即使在大的载流子密度的运输是表面状态为主，其中散装运输预计已经共存。此外，密度依赖性的狄拉克型量子霍尔效应允许识别的贡献，从各个表面。一个$k \cdot p$模型可以描述的实验，但只有当假设一个陡峭的带弯曲的区域，其中包含的拓扑表面状态。这种陡峭的电势源于狄拉克系统的特定屏蔽特性，并导致栅极电压影响狄拉克点的位置，而不是费米能级的位置。
2014-07-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Massive Dirac fermions and spin physics in an ultrathin film of topological insulator
本文研究了薄膜拓扑绝缘体体能隙中表面态的输运和光学性质。当薄膜厚度与表面态衰减长度相当时，上下表面之间的隧穿打开了一个能隙，形成两个简并的大质量狄拉克双曲线.自旋相关的物理出现在表面带，这是大大不同于体行为。这些包括表面自旋霍尔效应，自旋相关的轨道磁矩，和自旋相关的光学跃迁选择规则，允许光学自旋注入。当改变薄膜的厚度时，我们发现了一个拓扑量子相变，其中表面能带的陈数发生变化。
2010-02-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Raman Spectroscopy of Bi2Se3-xTex (x= 0 to 3) Topological Insulator Crystals
我们报道了纯的和混合的块状拓扑绝缘体的晶体生长和拉曼光谱表征。该系列包括二元和三元碲铋矿拓扑绝缘体。我们详细分析了二元和三元碲铋拓扑绝缘体的Ag面外和Eg面内振动模的拉曼峰。两种平面外的Ag都表现出明显的原子尺寸依赖性峰位移，前者的影响远小于后者。这种情况对于平面Eg是相当有趣的，它不仅显示了移位，而且显示了更广泛的驼峰状结构。相同的去卷积显示两个清晰的峰，这被理解为在混合的碲铋矿拓扑绝缘体中存在单独的面内BiSe和BiTe模式。总之，本文报道和讨论了各种拉曼模式的良好表征的纯和混合拓扑绝缘体单晶。
2020-08-26 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Controlling bulk conductivity in topological insulators: Key role of anti-site defects
二元Bi-chalchogenides，Bi 2 CH 3，被广泛认为是最近发现的新形式量子物质，三维拓扑绝缘体（TI）[1-4]的模型例子。这些化合物具有单一的自旋螺旋表面态，由于时间反演对称性，该表面态保证是金属的，并且应该是实现TI的自旋电子和量子计算应用的理想材料[5]。然而，迄今为止合成的绝大多数此类化合物根本不是绝缘体，而是具有有害的金属体电导率[2，3]。这通常被认为是由于缺陷的无意掺杂造成的，尽管对不同化合物的缺陷性质以及使其有害作用最小化的策略知之甚少。在这里，我们提出了一个全面调查的缺陷景观的双硫族TI的第一性原理计算。我们发现，本征缺陷形成的能量在Te和Se的含TI的根本差异，使整个三元Bi-Te-Se合金系统的导电性的精确控制。从一个系统的角度分辨光电发射（ARPES）的调查，这样的三元合金，结合体传输测量，我们证明，这种方法可以用来实现真正的拓扑绝缘体，只有一个单一的狄拉克锥表面状态相交的化学势。我们的微观计算揭示了实现这一目标的反位缺陷的关键作用，并预测最佳的生长条件，以实现最大电阻三元TI。
2012-04-18 cond-mat.mtrl-sci
Topological invariants for three dimensional Dirac semimetals and four dimensional topological rotational insulators
狄拉克半金属是一类由某些类型的晶体对称性保护的半金属相，其低能有效哈密顿量由三维（3D）狄拉克方程描述。尽管有各种理论研究，但描述狄拉克半金属拓扑性质的理论尚未完全建立。在这篇工作中，我们通过在四维（4D）中建立3D Dirac半金属和拓扑晶体绝缘体之间的映射，定义了3D Dirac半金属的拓扑不变量。我们证明了这一计划，通过构建一个紧束缚模型的4D拓扑晶体绝缘体的旋转对称性的保护。一种新的拓扑不变量，“旋转陈数”，被证明是该系统的拓扑特征。作为旋转陈数的结果，在这个4D系统的3D表面上发现了无间隙的狄拉克点。对于具有两个表面的平板，我们发现相应的两个表面态的低能有效理论可以直接映射到3D Dirac半金属的低能有效理论，这表明3D Dirac半金属的拓扑性质可以用4D中定义的转动Chern数来表征.我们的方案提供了一个新的系统的方法来提取拓扑半金属相的拓扑性质。
2016-05-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
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
Direct observation of decoupled Dirac states at the interface between topological and normal insulators
在拓扑绝缘体中的几种应用和奇异效应依赖于拓扑绝缘体和正常绝缘体之间界面处螺旋狄拉克态的存在。在本工作中，我们利用低能角分辨光电子能谱学对Si（111）衬底上生长的Bi $_2$ Se $_3$薄膜和Bi $_2$ Te $_3$ /Bi $_2$ Se $_3$异质结构的界面态进行了研究和表征。结果表明，狄拉克费米子确实存在于拓扑-正常-绝缘体边界，而不存在于拓扑-拓扑-绝缘体界面。此外，它表明，能带弯曲内存在的拓扑绝缘体膜导致的界面和表面态的能量的实质性分离。这些结果为进一步研究和实现拓扑绝缘体薄膜异质结构中的界面相关现象奠定了基础。
2013-11-02 cond-mat.mtrl-sci
Berry phase of non-ideal Dirac fermions in topological insulators
狄拉克费米子的一个显著特征是与它们的回旋运动相关的$π$的Berry相位。由于这种Berry相位可以通过分析Shubnikov-de Haas（SdH）振荡的朗道能级扇形图来实验评估，因此这种分析在最近的拓扑绝缘体输运研究中被广泛采用，以阐明表面态的Dirac性质。然而，报告的结果通常不令人信服。在这里，我们展示了一个一般的计划描述的相位因子的SdH振荡在现实的表面态的拓扑绝缘体，并演示了如何可以阐明狄拉克性质的真实实验数据。
2011-05-27 cond-mat.mtrl-sci
Quantum confinement of the Dirac surface states in topological-insulator nanowires
三维（3D）拓扑绝缘体（TI）的非平凡拓扑决定了无隙狄拉克表面态的出现。有趣的是，当将3D TI制成纳米线时，由于量子限制，在狄拉克点处打开了一个间隙，导致了奇特的狄拉克子能带结构。该间隙可用于，例如，基于TI的未来马约拉纳量子比特。此外，这些狄拉克子带可以由磁通量操纵，并且是产生稳定的马约拉纳零模（MZM）的理想平台，其在拓扑量子计算中起关键作用。然而，到目前为止，还没有直接的证据，在TI纳米线的狄拉克子带。在这里，我们表明，通过生长非常薄（$\sim$ 40 nm直径）的体绝缘拓扑绝缘体（Bi $_{1-x}$ Sb $_x$）$_2$ Te $_3$的纳米线，并通过调整其化学势的狄拉克点与门控，可以明确地识别狄拉克子能带结构。具体而言，栅极可调四端器件上测得的电阻被发现呈现非等距峰作为栅极电压的函数，我们理论上证明这是量子限制狄拉克表面态的独特签名。这些TI纳米线开辟了解决拓扑介观物理学的道路，并最终通过$s$波超导体接近时的马约拉纳物理学。
2019-10-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Band Structure Engineering of Multinary Chalcogenide Topological Insulators
拓扑绝缘体（TI）已在应变的二元HgTe和三元I-III-VI 2黄铜矿化合物如CuTlSe 2中发现，其具有反转的能带结构。然而，这些现有的二元和三元TI的非平凡的带隙被限制到小的值，通常在10毫电子伏或更小。在这项工作中，我们发现，一个大的非平凡的带隙需要具有大的负晶场分裂$Δ_{CF}$的价带顶部和一个中等大的负$s-p$带隙$E_g^{s-p}$的材料。这些参数可以通过多元化合物中的化学排序来更好地调节。在此基础上，我们研究了一系列四元化合物I2-II-IV-VI 4，包括Cu 2 HgPbSe 4，Cu 2CdPbSe 4，Ag 2 HgPbSe 4和Ag 2CdPbTe 4，其中Ag 2 HgPbSe 4具有最大的TI带隙，为47 meV，这是因为它结合了$Δ_{CF}$和$E_g^{s-p}$的最佳值.
2011-04-03 cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast Energy- and Momentum-resolved Surface Dirac Photocurrents in the Topological Insulator Sb$_2$Te$_3$
利用时间分辨和角度分辨双光子光电子能谱结合偏振可变中红外脉冲激光，研究了拓扑绝缘体Sb $_2$ Te $_3$中表面Dirac光电流的能量-动量映射.它表明，从占据到未被占据的部分的表面Dirac锥的直接光学跃迁允许的线性和圆形的光电流效应，从而使我们能够相干控制的表面电流的激光偏振。此外，表面电流映射直接可视化狄拉克锥在时域中的超快电流动力学。我们分别揭示了非弹性散射和动量散射的超快带内弛豫动力学。我们的观测为拓扑绝缘体中表面狄拉克电子的相干光学控制铺平了道路。
2016-11-14 cond-mat.mtrl-sci
Chern Insulator Phase in a Lattice of an Organic Dirac Semimetal with Intracellular Potential and Magnetic Modulations
我们证明了通过在晶胞中引入势和磁调制，可以在有机Dirac半金属α-（BEDT-TTF）2 I3的实二维晶格上实现Chern绝缘体.它是一种拓扑非平凡的绝缘体，即使在零磁场下也表现出量子霍尔效应。我们假设一种格点势和交错格元磁通量的模式，以模仿观察到的条形电荷有序模式。当磁调制足够大时，系统变成陈氏绝缘体，其中围绕两个带隙狄拉克锥的Berry曲率在每个带上具有相同的符号，并且一个手征边缘状态连接每个晶体边缘处的导带和价带。本文的模型是Halfmann模型的有机版本，Halfmann模型讨论了蜂窝晶格上的Chern绝缘体与次近邻耦合。
2017-10-03 cond-mat.mtrl-sci
Giant spin Hall effects and topological surface states in ternary-layered MAX carbides Mn+1AlCn (M= Nb, Ta, n=1, 2, 3)
本研究系统探讨了层状MAX碳化物Mn+1AlCn的电子结构、能带拓扑与本征自旋霍尔效应，发现Ta3AlC2具有非平庸Z2拓扑表面态，其巨大自旋霍尔角达约60%，是优异的电荷-自旋转换拓扑金属。
2025-08-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
