Electromagnetic spin polarization on the surface of topological insulator
利用Keldysh Green函数方法研究了拓扑绝缘体表面电子在直流电场和圆偏振光作用下的自旋极化。当施加直流电场$E_x \sim 10^{3} {\rm V/m}$时，诱导自旋极化$<σ_{y}> \simeq 5.2 \times 10^{-8}{\rm Å^{-2}}$。此外，我们还发现，由于逆法拉第效应，光照射诱导自旋极化的面外分量。对于典型参数，自旋极化的幅度与寿命$τ$和$<σ_{z}> \simeq 2 \times 10^{-10}{\rm Å^{-2}}$的平方成比例。最后，我们研究了存在翘曲项时的自旋极化。通过对系统对称性的考虑，我们发现离面自旋极化是电流的三次方，并且诱导自旋极化的大小依赖于外加电流的方向。
2011-08-08 cond-mat.mes-hall
Dynamic Nuclear Polarization from Topological Insulator Helical Edge States
拓扑绝缘体由于其自旋动量锁定的边缘态而在自旋电子学和相关技术中具有很好的应用前景，而这种边缘态又受到时间反转对称性的保护。除了这些系统中出现的独特的基础物理学之外，这些受保护状态的潜在技术应用也在过去十年中推动了TI的研究。然而，大多数已知的拓扑绝缘体材料天然含有自旋核，并且它们与螺旋边缘态的超精细耦合本质上破坏了时间反演对称性，去除了拓扑保护并使得能够通过超精细辅助的反向散射建立动态核自旋极化。在这里，我们计算散射概率和核极化的边缘通道包含高达$34$核自旋使用数值精确分析，利用对称性的问题，大大降低了计算的复杂性。然后，我们展示了普遍的缩放特性的出现，使我们能够将我们的发现外推到更大的和实验相关的系统尺寸。我们发现，相对较弱的螺旋边缘电流可以导致显着的核极化，这表明它可能是一个重要的因素，影响自旋输运的拓扑绝缘体设备。
2018-12-11 cond-mat.mes-hall
Ultrafast spin polarization control of Dirac fermions in topological insulators
三维拓扑绝缘体（TI）的特征在于自旋极化的Dirac-cone表面态，其通过时间反转对称性而免受背散射。利用飞秒光脉冲控制拓扑表面态（TSS）的自旋极化为在超快时间尺度上产生和操纵无耗散表面自旋电流开辟了新的前景。使用时间，自旋和角度分辨光谱，我们直接监测的第一次的超快响应的自旋极化的光激发TSS圆偏振飞秒脉冲的红外线。我们实现了瞬态面外自旋极化的全光开关，其弛豫时间约为1.2 ps。我们的观察建立了超快光学控制的自旋极化狄拉克费米子在TI的可行性，并铺平了道路，在极限速度的新optospinelectronic应用。
2015-05-11 cond-mat.mes-hall
Tunneling Tuned Spin Modulations in Ultrathin Topological Insulator Films
量子隧穿与费米表面自旋极化之间的定量关系是利用拓扑绝缘体表面态进行器件设计的关键。利用p偏振光自旋分辨光电子能谱研究了拓扑绝缘体Bi_2Se_3薄膜的金属-绝缘体转变，发现在一定的薄膜厚度下，远离表面布里渊区中心的动量自旋极化较大.此外，极化显着降低，增强隧道系统实现在薄绝缘膜，而极化的幅度饱和到批量限制更快地在较大的波矢在较厚的金属膜。我们的理论模型计算捕捉到了量子隧穿和费米表面自旋极化之间的微妙关系。我们的研究结果表明，极化电流可以调谐到零，在薄绝缘膜形成的基础上，为未来的自旋开关纳米器件。
2013-07-21 cond-mat.mes-hall
Current-induced spin polarization in topological insulator-graphene heterostructures
全电自旋电子学领域的进一步发展需要自旋输运通道与自旋注入器/发生器元件的成功集成。虽然随着石墨烯和相关2D材料的出现，高性能自旋通道材料是可用的，但纳米结构自旋发生器的使用仍然是一个主要挑战。对于后一个目的，特别有希望的是3D拓扑绝缘体，其2D表面态具有自旋-动量锁定的无质量狄拉克费米子。在这里，我们证明了自旋极化电流从拓扑绝缘体注入石墨烯，使其紧密耦合到一个超导Bi 2 Te 2Se纳米片内的范德华外延异质结构。自旋开关信号的大小与温度成反比，在~15 K的温度下都可以检测到。我们的研究结果确立了拓扑绝缘体作为自旋电子器件的未来组件，其中自旋操纵是通过纯电气手段实现的。
2016-03-29 cond-mat.mes-hall
Magnon spin transport driven by the magnon chemical potential in a magnetic insulator
我们发展了一个线性响应输运理论的扩散自旋和热输运的磁振子在磁性绝缘体与金属接触。磁振子描述的位置依赖的温度和化学势，由扩散方程与特征弛豫长度。从线性化的玻尔兹曼方程出发，我们推导出长度尺度和输运系数的表达式。对于钇铁石榴石（YIG）在室温下，我们发现，长程输运是由磁振子化学势占主导地位。我们将该模型的结果与最近关于具有Pt接触的YIG的实验进行了比较[L. J. Cornelissen等人，Nat. Phys. 11，1022（2015）]并提取磁振子自旋电导率为$σ_{m}=5\times10^{5}$ S/m。我们的结果的自旋Seebeck系数在YIG同意与已发表的实验。我们的结论是磁振子化学势是一个必不可少的成分的能量和自旋输运的磁性绝缘体。
2016-04-13 cond-mat.mes-hall
Non-local Chemical Potential Modulation in Topological Insulators Via Electric Field Driven Trapped Charge Migration
拓扑绝缘体（TI）具有特殊的表面态，具有狄拉克色散和螺旋自旋织构，在自旋电子学和量子计算中具有很高的应用潜力。控制这些材料中的化学势是具有挑战性的，但对于实现热追求的奇异物理学至关重要，包括有效的自旋生成1，2，马约拉纳费米子3 -5和激子凝聚6，7。在这里，我们报告了一种简单有效的方法，可以原位调节单晶Bi 2-xSbxSe 3纳米带的化学势，其幅度显着大于传统的静电门控。平行于器件通道的电场可以使通道内部和外部的化学势跨狄拉克点移动。我们把这种非局部可逆的化学势调制归因于电场诱导的电荷在缺陷态之间的跳跃，并得到了光电流图的进一步支持。我们的方法使工程化学势分布在TI，并开辟了巨大的机会，调查这些材料中的电荷和复合粒子的基本传输机制。
2020-04-04 cond-mat.mes-hall
Tunable polarization in beam-splitter based on 2D topological insulators
描述二维拓扑绝缘体（TI）的典型体模型由两种类型的自旋轨道项组成，即引起面外自旋极化的所谓Dirac项和引起面内自旋极化的Rashba项。我们表明，对于费米能量的一些参数，建立在2D TI上的分束器设备可以实现比建立在Rashba模型本身所描述的材料上的设备更高的面内自旋极化。此外，由于电子密度的高可调谐性和量子阱的不对称性，可以获得不同方向的自旋极化。虽然在正常（拓扑平凡）制度的平面内自旋极化将占主导地位，在倒置制度的面外极化是更显着的，不仅在带隙，但也为小费米能量以上的差距。此外，我们还提出了一种双分束器方案，用于全电测量面内自旋电流。虽然我们在这里考虑作为一个例子碲化汞/碲化镉量子阱，这种方案也可能是有前途的InAs/GaSb量子阱中的平面内和平面外的偏振可以在一个单一的设备中实现。
2013-11-06 cond-mat.mes-hall
Observation of Quantum-Tunneling Modulated Spin Texture in Ultrathin Topological Insulator Bi2Se3 Films
了解异质拓扑绝缘体薄膜中边界模的自旋织构行为对于设计和制备功能纳米器件至关重要。在这里，通过使用自旋分辨光电子能谱与p-偏振光在拓扑绝缘体Bi_2Se_3薄膜，我们报告的隧穿依赖的拓扑绝缘体薄膜的自旋组态的演变跨越金属到绝缘体的转变。我们观察到强烈的结合能和波矢依赖的自旋极化的拓扑表面电子在超薄隙狄拉克锥极限。增强隧穿实现系统的薄绝缘膜的极化显着降低，而在较厚的金属膜在较大的波矢的极化饱和到批量限制更快的幅度。我们提出了一个理论模型，捕捉量子隧穿和费米表面自旋极化之间的这种微妙的关系。我们的高分辨率自旋为基础的光谱结果表明，极化电流可以调谐到零，在薄绝缘膜形成的基础上，为未来的自旋开关纳米器件。
2014-04-10 cond-mat.mes-hall
Reactive chemical doping of the $Bi_2 Se_3$ topological insulator
使用角分辨光电子能谱，我们研究了拓扑绝缘体$\text{Bi}_2\text{Se}_3$的表面电子结构的演变作为水蒸气暴露的函数。我们发现，与水的表面反应引起的能带弯曲移动狄拉克点深入到占领状态，并创建量子阱态与强大的拉什巴型分裂。因此，表面不是化学惰性的，但拓扑状态仍然受到保护。带弯曲追溯到硒抽象离开带正电的空位在表面上。由于水蒸气的存在，当将$\text{Bi}_2\text{Se}_3$晶体留在真空中或在空气中裂解时发生类似的效应，这可能解释了在$\text{Bi}_2\text{Se}_3$能带结构中观察到的老化效应。
2011-05-13 cond-mat.mes-hall
Response to polarization and weak topology in Chern insulators
本研究证明Chern绝缘体中极化的差异是定义明确且物理有意义的，可解释束缚电荷与绝热电流，并在晶体对称性下导致弱拓扑相，推广至量子自旋霍尔和三维拓扑绝缘体，确立体极化的体-边界对应。
2023-04-25 cond-mat.mes-hall physics.optics
Electric polarization in a Chern insulator
我们扩展的贝里相位极化的概念，绝缘体具有非零值的陈省身不变量。推广到这样的陈氏绝缘体需要特别小心，因为手征边缘状态的部分占领。我们展示了如何从绝热演化所产生的综合体电流可以与体极化的差异。我们还展示了如何表面电荷可以与体极化，但只有与知识的波矢量在边缘状态的占用是不连续的。此外，我们提出的数值计算模型哈密顿提供额外的支持，我们的分析参数。
2009-03-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Promoted current-induced spin polarization in inversion symmetry broken topological insulator thin films
本研究通过久保 formalism 和顶点修正，理论揭示了反转对称破缺的拓扑绝缘体薄膜中，势差增强电流诱导自旋极化，为自旋电子器件提供调控框架。
2025-10-25 cond-mat.mes-hall
Relationship between Fermi-Surface Warping and Out-of-Plane Spin Polarization in Topological Insulators: a View from Spin-Resolved ARPES
我们对拓扑绝缘体Pb（Bi，Sb）2 Te 4（Pb 124）进行了自旋和角度分辨的光电子能谱研究，在六角扭曲的Dirac-cone表面态上观察到了显著的面外自旋极化.为此，我们对各种拓扑绝缘体（Pb 124，Bi 2 Te 3，Bi 2Se 3和TlBiSe 2）的翘曲强度进行了定量分析，并阐明了面外自旋极化Pz与翘曲强度系统相关。然而，Pz的大小被发现只有一半的预期从kp理论时，翘曲是强的，这表明多体效应的可能作用。除了证实自旋极化和表面态结构之间的普遍关系，我们的数据提供了一个经验指导原则，在拓扑绝缘体的自旋极化调谐。
2013-08-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Ginzburg-Landau action and polarization current in an excitonic insulator model of electronic ferroelectricity
本文以激子绝缘体模型为例，通过构造Ginzburg-Landau作用量研究电子铁电体中电极化的低能动力学与输运，发现仅纵向涨落相关，并推导了纯电子定义的极化扩散方程。
2023-05-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Hexagonal Warping Effects on the Surface Transport in Topological Insulators
在经典和量子扩散机制下，考虑费米面的六角弯曲效应，研究了三维拓扑绝缘体表面态的电荷电导率和电流诱导自旋极化.给出了电导率和自旋极化率的一般表达式，并将其简化为通常散射势的简单形式。由于六方弯曲，电导率和自旋极化显示出额外的二次载流子密度依赖性，无论是玻尔兹曼贡献和量子校正。在存在翘曲项的情况下，表面态仍然表现出弱的反局域化。此外，还探讨了无规相位近似下的介电函数，发现它可能与动量角有关。
2011-10-29 cond-mat.mes-hall
Chemical potential asymmetry and quantum oscillations in insulators
我们提出了一个理论的量子振荡的绝缘体是粒子-空穴对称和非拓扑，但任意带色散，在零和非零温度。在温度$T$小于或相当于间隙时，振荡对$T$的依赖性与金属中的明显不同，并且关键地取决于间隙中化学势$μ$的位置。如果$μ$位于间隙的中间，则振荡不随$T$而改变;然而，如果$μ$不对称地位于间隙中，则令人惊讶的是，振荡在由$T$和$μ$确定的逆场的临界值处变为零，然后通过$π$改变其相位并再次增长。此外，温度依赖性对于从巨正则势导出的量（例如磁化强度和磁化率）和从态密度导出的量（例如电阻率）是不同的。然而，由不对称$μ$引起的非平凡特征存在于两者中。
2016-09-22 cond-mat.mes-hall
Electrical detection of the spin polarization due to charge flow in the surface state of the topological insulator Bi_1.5 Sb_0.5 Te_1.7 Se_1.3
用全电学方法研究了三维拓扑绝缘体自旋非简并表面态中由电荷流引起的自旋极化。在块体绝缘拓扑绝缘体Bi 1.5 Sb 0.5 Te 1.7 Se 1.3（BSTS）中，电荷电流通过由Ni 80 Fe 20制成的铁磁电极注入/引出，并且不寻常的电流方向相关的磁电阻为自旋极化的出现提供了证据，该自旋极化导致BSTS/Ni 80 Fe 20界面处的自旋相关电阻。相比之下，我们对Bi 2Se 3的对照实验给出了无效结果。这些观测结果表明了费米能级控制对于拓扑绝缘体自旋极化电探测的重要性。
2014-12-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Chemically gated electronic structure of a superconducting doped topological insulator system
角分辨光电子能谱被用来观察体掺杂的拓扑绝缘体Cu $_x$ Bi $_2$ Se $_3$的电子结构的变化，作为额外的铜原子被沉积到分裂的晶体表面上。载流子密度和表面附近的正常电场强度的晶体表面的估计考虑的化学表面门控与拓扑绝缘体秩序，如理论预测的马约拉纳费米子涡旋的动力学的非典型超导性质的影响。
2013-08-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Linear response theory of interacting topological insulators
拓扑绝缘体中的手性表面态对相互作用、非磁无序和局域化是鲁棒的，然而拓扑结构在输运中不产生保护。本文从多体密度矩阵的量子刘维尔方程出发，提出了外电场中相互作用拓扑绝缘体的理论。在平衡状态下，拓扑绝缘体获得电流诱导的自旋极化。电子-电子相互作用使非平衡自旋极化和电荷电导率重整化，而无序反过来又使这种重整化增强两倍。拓扑绝缘体现象在相互作用不平衡的情况下仍然保持完整，并且在理解相互作用和非相互作用问题所需的数学框架之间存在精确的对应关系。
2011-11-17 cond-mat.mes-hall
Theoretical investigation of the applicability of the Meservey-Tedrow technique to the surface states of topological insulators
拓扑表面态的自旋极化在自旋电子学中具有重要的应用价值。目前，唯一能够测量表面态自旋织构的技术是自旋和角度分辨光电子能谱（SARPES）。然而，SARPES报告的数值差异很大。测量铁磁材料的自旋极化的已建立的技术是所谓的Meservey-Tedrow技术，其基于从超导电极到铁磁体的自旋相关隧穿。在这里，我们从理论上研究如何Meservey-Tedrow技术可以适用于拓扑绝缘体。我们证明，与一个特定的设备的几何形状，它是可能的，以确定在平面内的组件的自旋极化的拓扑表面状态。更复杂的器件几何形状可以获得自旋极化的全部动量依赖性。我们还表明，它是可能的，提取自旋翻转散射率的表面电子与相同的设备。
2020-04-15 cond-mat.mes-hall
Spin Polarization of Photoelectrons from Topological Insulators
我们表明，自旋极化的程度从表面态的拓扑绝缘体的光电子是100%，如果完全偏振光是用于典型的光电发射测量，因此可以显着“高于”的初始状态。此外，这些光电子的自旋取向一般也可以是非常不同的初始表面状态，并由光子偏振控制;一组丰富的预测现象最近已被证实的自旋和角度分辨光电发射实验。
2012-08-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Band tilt induced nonlinear Nernst effect in topological insulators: An efficient generation of high-performance spin polarization
拓扑绝缘体（TI）由于其表面态的自旋-动量锁定（SML）特性，有望成为自旋电子学的应用平台。一个特别的兴趣在于使用TI作为自旋电子学结构的自旋极化源。在这里，我们提出了带倾斜诱导的非线性能斯特效应（NLNE）的TI作为一个干净的和有效的路线，以产生高性能的自旋极化（SP）。我们发现，在SML和六角弯曲效应的存在下，有限的能带倾斜可以引起两个自旋载流子的不平衡，并有效地产生自旋极化的NLNE电流在TI。在我们的方案中，自旋电流和电荷电流的制度下，可以实现热驱动。可获得的SP可以以平滑或快速的方式有效地调谐，表现出高度灵活的可调谐性。此外，可以在宽范围的可调参数内产生近单位SP，这也被发现对温度是鲁棒的。因此，我们的工作提供了一种机制，实现可控的室温下的高度SP基于TI，这是未来的自旋电子学应用至关重要的。
2022-08-24 cond-mat.mes-hall
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。
2013-06-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Flux-driven delocalization transition in disordered topological insulator nanowires
Ben-Gurion University of the Negev（内盖夫本-古里安大学）
研究无序拓扑绝缘体纳米线中轴向磁通驱动的退局域化转变，通过计算电导提取局域化长度，发现临界指数ν=2，与整数量子霍尔转变不同。
2026-06-12 cond-mat.mes-hall
Spin-transfer torque and spin-polarization in topological-insulator/ferromagnet vertical heterostructures
我们预测了一个非常规的自旋转移矩（STT）作用于N/TI/F垂直异质结构中的自由铁磁（F）层的磁化强度，它起源于三维拓扑绝缘体（TI）表面的强自旋轨道耦合（SOC），以及来自电荷电流在其从正常金属（N）流动时在传输方向上变成自旋极化的电荷电流，在TI板的大部分上。不像对称F '/I/F磁性隧道结中的常规STT（其中仅平面内STT分量在线性响应中为非零），平面内和垂直扭矩在N/TI/F结中都是相当大的，同时不需要固定的F'层作为自旋极化器，这对于自旋电子应用是有利的。使用非平衡Born-Oppenheimer处理之间的相互作用的快传导电子和慢磁化，我们推导出一个通用的Keldysh格林函数为基础的STT公式，这使得它可以分析扭矩中存在的SOC无论是在散装或在界面处的自由F层。
2012-02-29 cond-mat.mes-hall
Chemical Potential Fluctuations in Topological Insulator (Bi$_{0.5}$Sb$_{0.5}$)$_2$Te$_3$ Films Visualized by Photocurrent Spectroscopy
研究了在SrTiO $_3$衬底上的拓扑绝缘体（Bi $_{0.5}$ Sb $_{0.5}$）$_2$ Te $_3$的光电流特性.我们发现可再现的，亚微米的光电流模式产生的长程化学势波动，主要发生在拓扑绝缘体/基板界面。我们制造纳米犁收缩，其中包括单一的潜在波动。据此，我们可以将无序势的大小量化为meV范围。结果进一步表明，在这样的纳米级收缩的表面状态中产生的占主导地位的光热电电流。
2015-02-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Resonance spin transfer torque in ferromagnetic/normal/ferromagnetic spin-valve structure of topological insulators
本文从理论上研究了由拓扑绝缘体（TI）构成的铁磁/普通金属/铁磁（FM/NM/FM）型自旋阀混合结构中的自旋电流和自旋转移矩的产生。我们证明了自旋转移矩的渗透到右铁磁层，并表明，与石墨烯自旋阀结，在TI的自旋转移矩是非常敏感的NM区域的化学势。作为重要的结果，通过改变NM间隔物的化学势和磁化方向，可以控制STT的所有组件。有趣的是，共振自旋电流和共振自旋转移力矩出现的能量从共振方程确定。通过增加NM间隔物的化学势，STT的幅度减小，而在$μ_N$的大化学势下，存在其中自旋电流和自旋转移矩都变为零的化学势区间。这些发现可能会为基于TI的自旋转移矩磁性随机存取存储器（STT-MRAM）器件的应用开辟新的前景。
2018-08-25 cond-mat.mes-hall
Current-induced switching of magnetic molecules on topological insulator surfaces
在拓扑绝缘体的表面或边缘处的电流本质上是自旋极化的。我们表明，这样的表面/边缘电流可用于切换的分子磁体的取向弱耦合到表面或边缘的拓扑绝缘体。对于二维拓扑绝缘体的边缘以及三维拓扑绝缘体的表面，如果分子的磁各向异性轴与电流方向适当地对准，则应用精心选择的表面/边缘电流可以导致分子的完全极化。对于一个通用的分子取向的非零，但不完整的极化。我们计算的概率分布的磁状态和开关率作为一个功能的应用电流。
2016-12-08 cond-mat.mes-hall
Control and Local Measurement of the Spin Chemical Potential in a Magnetic Insulator
自旋化学势表征自旋扩散的趋势。探测自旋化学势可以深入了解磁性绝缘体和自旋液体等材料，并有助于优化自旋电子器件。在这里，我们介绍了单自旋磁强计作为一个通用的平台，非微扰，纳米级表征自旋化学势。我们使用这个平台来研究磁绝缘体中的磁振子，令人惊讶地发现磁振子化学势可以通过驱动系统的铁磁共振来有效地控制。我们介绍了一个基于双流体理论描述的基本磁振子过程，实现了第一次实验测定的本地热磁扭矩，并说明了检测灵敏度使用电控自旋注入。我们的研究结果开辟了在介观自旋系统的自旋输运纳米控制和成像的方式。
2016-11-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Interpreting current-induced spin polarization in topological insulator surface states
最近几个三维拓扑绝缘体的实验声称观察到一个大的电荷电流诱导的非平衡系综自旋极化的电子在螺旋表面状态。我们提出了一个全面的批评，这样的索赔，使用理论和实验：首先，我们澄清的解释，从这些测量中提取的量，从玻尔兹曼输运方程的方法在零和有限温度的弛豫时间近似推导出标准的表达式，以强调我们的断言，尽管高面内自旋投影，可获得的电流诱导的系综自旋极化是微不足道的。其次，我们使用一个简单的实验来证明，磁场相关的开路电压滞后（等同于那些归因于电流诱导的自旋极化在拓扑绝缘体表面状态），可以在类似的设备中，其中电流驱动通过薄膜的拓扑平凡的金属。这一结果 *ipso facto* 怀疑以前的实验与TI的天真的解释，这是用来声称观察螺旋，即自旋动量锁定在拓扑保护的表面状态。
2016-06-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tunable magnetic anisotropy from higher-harmonics exchange scattering on the surface of a topological insulator
我们表明，高次谐波交换散射从一个三维拓扑绝缘体的表面上的磁性吸附原子导致的磁各向异性的大小和符号可以通过调整螺旋表面带的化学势调谐。当化学势从狄拉克点向表面带边移动时，表面法线从磁易轴向磁难轴变化。结果表明，谐波翘曲可以减小易轴各向异性区域，并完全抑制各向异性。这种间接的贡献可以与晶体场分裂和原子自旋轨道耦合产生的内禀项的大小相当，并且其与化学势的可调性使得这两种贡献在实验上是可辨别的，并且赋予这种各向异性源潜在的有趣的磁功能。
2016-10-21 cond-mat.mes-hall
Switching of Charge-Current-Induced Spin Polarization in the Topological Insulator BiSbTeSe2
电荷电流诱导自旋极化是拓扑绝缘体在自旋电子学中应用的一个关键性质。然而，拓扑表面状态预计只会产生一种类型的自旋极化为一个给定的电流方向，这一直是自旋操纵的限制因素。在这里，我们报告说，在基于体绝缘拓扑绝缘体BiSbTeSe 2的设备中，观察到一个意想不到的自旋极化开关时，改变化学势。在重电子掺杂的设备中检测到预期的自旋极化的拓扑表面状态，而相反的极化可重复地观察到低载流子密度的设备。我们建议，后一种类型的自旋极化源于拓扑平凡的二维状态与一个大的Rashba自旋分裂，这是由一个强大的带弯曲的BiSbTeSe 2的表面下的铁磁电极用作自旋检测器。这一发现为在未来的拓扑自旋电子器件中实现“自旋晶体管”操作铺平了道路。
2016-07-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Polarization-driven topological insulator transition in a GaN/InN/GaN quantum well
拓扑绝缘体（TI）态已经在窄禁带和大自旋轨道相互作用（SOI）材料中得到证实。在这里，我们表明，纳米级工程也可以引起TI状态，即使在传统的半导体具有相当大的差距和小SOI。基于先进的第一性原理计算结合一个有效的低能k*p哈密顿量，我们表明，材料的本征极化可以被利用，同时减少能隙和增强SOI，驱动系统的TI状态。所提出的系统由嵌入到GAN，层结构，是实验上可实现的xInN层。
2012-05-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin-Polarized Tunneling Study on Spin-Momentum Locking in the Topological Insulators
我们证明了拓扑绝缘体（TI）的电荷自旋转换效率可以通过注入自旋极化隧穿电子到TI实验确定。通过对硒化铋和碲化锑铋的比较研究，我们证实了所观测到的巨自旋信号的拓扑表面态起源。通过向硒化铋中注入高能电子，我们进一步研究了TI表面有效自旋极化的能量依赖性。实验验证的大自旋极化，以及我们的计算，提供了新的见解优化TI材料近室温自旋电子学应用。
2015-10-20 cond-mat.mes-hall
Coherent spin transport through helical edge states of topological insulator
研究了自旋通过拓扑绝缘体与金属引线隧道耦合的螺旋边态的相干输运。我们证明，非极化入射电子束获得有限的极化后，通过这样的设置提供的边缘包含至少一个磁性杂质的传输。有限极化甚至出现在完全经典的制度，因此是强大的退相。还有一个量子磁场--对极化的可调贡献，它显示出作为磁通量的函数的尖锐的相同的阿哈罗诺夫-玻姆共振--周期为$hc/2e$ --并且在相对较高的温度下存活。我们证明，这种隧穿干涉仪可以描述的通量可调量子比特的合奏给予平等的贡献电导和自旋极化。参与电荷和自旋输运的活跃量子比特的数量由温度和能级间距的比率给出。该干涉仪可在高温下有效工作，可用于量子计算。特别地，量子比特的系综可以由单个Hadamard算子描述。所得结果为量子计算领域的应用开辟了广阔的途径。
2021-11-09 cond-mat.mes-hall
New polarization rotation and exact TEM wave solutions in topological insulators
Universidad Andres Bello（安第斯贝尔托大学）
本文在θ电动力学中发现拓扑绝缘体中由圆柱几何横向不连续性引起的新偏振旋转效应，不依赖纵向磁场或双折射，并获得可全向约束精确TEM波的光纤型解，为拓扑绝缘体操控光开辟新途径。
2023-08-28 cond-mat.mes-hall physics.optics
Opposite current-induced spin polarizations in bulk-metallic Bi2Se3 and bulk-insulating Bi2Te2Se topological insulator thin flakes
三维拓扑绝缘体（TI）最基本、最奇特的性质之一是其拓扑表面态（TSS）的自旋动量锁定（SML），在未来的自旋电子学中具有潜在的应用前景。然而，其他可能的传导通道，例如具有强Rashba型自旋-轨道相互作用（SOI）和可能具有自旋霍尔效应（SHE）的体导电状态的普通二维电子气（2DEG），可以共存于3D TI中，使得难以确定电流诱导自旋极化（CISP）的起源。在这项工作中，我们直接比较了体绝缘的Bi 2 Te 2Se（BTS 221）和体金属的Bi 2Se 3薄片之间的CISP使用自旋电位法。在体绝缘BTS 221中，观察到的CISP具有与TSS的SML的预期螺旋度一致的符号，但是与其计算的体自旋霍尔电导率（SHC）相反的符号。然而，与BTS 221相比，在块体金属Bi 2Se 3中观察到相反的CISP，这与其带弯曲诱导的2DEG的Rashba-Edelstein效应和体自旋霍尔效应（SHE）的预期一致。我们的研究结果提供了一个电气的方式来区分TSS从其他可能的导电通道在3D TI的自旋输运测量，并开放的方式在电荷-自旋转换器件的潜在应用。
2020-08-22 cond-mat.mes-hall
Control over topological insulator photocurrents with light polarization
三维拓扑绝缘体代表了一种新的量子相的物质与自旋极化的表面状态，是从反向散射的保护。这些表面态的静态电子性质已全面成像的光电子能谱和隧道光谱。理论家提出拓扑表面态也可以表现出新颖的电子对光的响应，例如拓扑量子相变和自旋极化电流。然而，光学驱动拓扑绝缘体脱离平衡的效果在很大程度上还没有被实验探索，也没有测量到光电流。在这里，我们表明，照射的拓扑绝缘体Bi 2 Se 3与圆偏振光产生的光电流，源于拓扑螺旋狄拉克费米子，反转的螺旋光反转的光电流的方向。我们还观察到一个光电流，是由光的线性偏振控制，并认为它也可能有一个拓扑表面态的起源。这种方法可以探测拓扑绝缘体的动态特性，并导致新的光自旋电子器件。
2011-11-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Designer Edge States in Fractional Polarization Insulators
本研究理论探究了各向异性蜂窝晶格FP绝缘体中由分数极化表征的拓扑保护边缘态，发现手性对称破缺微扰及有限尺寸效应可调控出多种边缘态模式，为可重构二维纳米电子器件设计提供新途径。
2023-06-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Polarization-induced Quantum Spin Hall Insulator and Topological Devices in InAs Quantum Wells
本文预测InAs量子阱中内建极化场可诱导量子自旋霍尔绝缘体，并据此提出无需拓扑相变的拓扑逻辑器件和高性能拓扑晶体管，为拓扑器件设计提供新框架。
2025-01-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin-polarization control driven by a Rashba-type effect breaking the mirror symmetry in two-dimensional dual topological insulators
三维拓扑绝缘体的时间反转（TR）和镜像对称保护最近预测和观察。具有这种性质的二维材料及其在器件应用中的潜力还很少被探索。我们发现，在这些系统中，边缘态的自旋极化可以通过外加电场打破镜像对称来控制。这种对称性要求自旋极化垂直于镜面，因此，电场诱导平行于镜面的自旋极化分量。由于这个字段保留TR拓扑保护，我们提出了一个晶体管模型使用的自旋方向的保护边缘状态作为开关。为了说明所提出的现象的一般性，我们考虑由平行和垂直于结构的镜面保护的化合物，例如，Na $_3$ Bi和半官能化（HF）六方化合物。为此，我们首先构建了Na $_3$ Bi化合物的紧束缚有效模型，并预测HF蜂窝晶格材料也是双拓扑绝缘体。
2019-01-12 cond-mat.mes-hall 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
Electrical detection of surface spin polarization of candidate topological Kondo insulator SmB6
近藤绝缘体化合物SmB 6已成为强关联系统中实现拓扑非平凡态的强候选者，拓扑近藤绝缘体，它可以成为研究固态系统中非平凡拓扑和涌现关联驱动现象之间相互作用的新平台。然而，到目前为止，对这种材料的电子输运测量仅显示出在低温下稳定的表面主导电荷传导，缺乏证据表明其与拓扑性质的联系，例如，由于自旋动量锁定而导致的自旋极化。在这里，我们发现表面态自旋极化的证据，通过电检测的电流诱导的自旋化学电势差的表面上的SmB6单晶。我们清楚地观察到一个表面占主导地位的自旋电压，这是成比例的自旋极化到接触磁化的投影，是由充电电流的方向和幅度，是强烈的温度依赖性，由于从表面到体传导的交叉。我们估计的表面态净自旋极化的下限为15%的基础上的量子输运模型提供直接的证据，SmB6支持金属自旋螺旋表面状态。
2018-09-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
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。
2017-04-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Bulk Topological Invariants in Noninteracting Point Group Symmetric Insulators
我们调查各种量子化体物理观测在二维和三维拓扑带绝缘体平移对称和晶体点群对称（PGS）下不变。在二维绝缘体中，我们证明了：（i）$C_n$不变绝缘体的陈数可以通过计算布里渊区中高对称点处对称算子的本征值来确定，直到$n$的倍数;（ii）还确定$C_n$不变绝缘体的陈数，直到$n$的倍数，通过非相互作用多体系统的Slater行列式的$C_n$本征值和（iii）在具有二面角点群$D_n$的绝缘体中陈数为零，并且量子化的电极化的强度是这些绝缘体的拓扑不变量。在三维绝缘体中，我们发现：（i）只有点群$C_n$，$C_{nh}$和$S_n$ PGS的绝缘体可以有非零的三维量子霍尔系数和（ii）只有不适当的旋转对称的绝缘体可以有量子化的磁电极化$P_3$在项$P_3\mathbf{E}\cdot\mathbf{B}$，在绝缘体（介质）的电动力学的轴子项。
2012-11-14 cond-mat.mes-hall
Electric polarization in Chern insulators: Unifying many-body and single-particle approaches
University of Maryland（马里兰大学）；Joint Quantum Institute（联合量子研究所）
本文统一了Chern绝缘体中多体和单粒子方法的极化定义，证明在适当选择实空间和动量空间原点时，两种极化定义相等。
2025-03-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el quant-ph
Quantum charge pumping and electric polarization in Anderson insulators
研究了一维无序系统在开边界和闭边界条件下的绝热电荷泵。与无隙电荷泵相反，即使所有的态都是局域的，系统也没有带隙，即，本地化强。电荷泵可以通过在哈密顿量的二维参数空间中构造一个循环来实现。这是因为在参数空间中存在许多具有随机强度的$δ$ -函数类通量，与纯情况下的单个$δ$ -函数形成鲜明对比。这提供了一种新的和更有效的电荷泵浦和极化方式。
2007-01-30 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall
Spin-Seebeck effect on the surface of topological insulator due to nonequilibrium spin-polarization parallel to the direction of thermally driven electronic transport
研究了三维拓扑绝缘体（TI）薄膜（如Bi $_2$ Se $_3$）表面的横向自旋塞贝克效应（SSE）.施加在引线之间的温度偏置$ΔT$产生表面电荷电流，该表面电荷电流由于TI表面上的强自旋-轨道耦合而变得自旋极化，其中极化矢量获得分量$P_x \simeq 60%$ { \em平行于传输方向}。当第三个双稳态电压探针连接到TI表面的部分上，穿过其宽度$L_y$时，纯自旋电流将被注入探针中，其中逆自旋霍尔效应（ISHE）将其转换为电压信号\mbox{$|V_\mathrm{ISHE}|^\mathrm{max}/ΔT \simeq 2.5$ $μ$V/K}（假设Pt电压探针的SH角和$L_y=1$ mm）。预测的非平衡自旋极化平行于电子传输的方向和相应的电子驱动的SSE的存在至关重要地依赖于定向五重层（QL）的Bi $_2$ Se $_3$ { \em正交}的TI表面和{ \em倾斜}的$45^\circ$相对于传输的方向。我们的分析是基于Landauer-Büttiker型公式的多终端量子相干结的引线中的自旋电流，这是使用非平衡格林函数形式主义，其中我们展示了如何考虑任意取向的量子线通过自能描述半无限正常金属引线和TI之间的耦合。
2014-06-16 cond-mat.mes-hall
Temperature and Chemical Potential Dependence of the Parity Anomaly in Quantum Anomalous Hall Insulators
二维量子反常霍尔绝缘体如（Hg，Mn）Te量子阱或磁掺杂（Bi，Sb）Te薄膜的低能物理可以有效地用两个包含Dirac的Chern绝缘体以及动量相关的质量项来描述。这些陈氏绝缘体中的每一个都与平面量子电动力学的宇称异常直接相关。在这项工作中，我们分析了在2+1时空维的化学势和面外磁场的影响下，一个单一的陈氏绝缘体的有限温度霍尔电导率。在零磁场下，这种非耗散输运系数源于平面量子电动力学的宇称反常。我们表明，宇称异常本身是不重整化的有限温度效应。然而，它在陈式绝缘体的有效作用中引入了两个不同物理来源的项，这与霍尔电导率成正比。第一项与温度和化学势无关，并且仅编码内在拓扑响应。第二项规定了传导和价带态的非拓扑热响应。特别是，我们表明，陈绝缘体的相对论质量抵消有限的温度效应，而其非相对论质量增强这些修正。此外，我们扩展我们的分析，有限的磁场和相关的陈绝缘体的热响应的光谱不对称性，这是一个衡量的宇称异常的轨道场。
2020-09-07 cond-mat.mes-hall hep-th
Dynamical Polarization Function, Plasmons and Screening in Silicene and Other Buckled Honeycomb Lattices
我们探索了石墨烯类二维凯恩-梅勒拓扑绝缘体的介电性质，其表现在弯曲的蜂窝晶格中（例如，硅烯、锗烯等）。子晶格之间的现场电势差（$Δ_z$）的影响给予特别关注。我们提出的结果的实部和虚部的动态极化函数。我们表明，这些结果显示三个制度（拓扑绝缘体，谷自旋极化金属，平凡带绝缘体）的功能，并可用于提取信息的内在自旋轨道耦合的强度。我们研究了逆介电函数，并提供了等离子体激元分支的数值结果。我们讨论的等离子体激元的行为作为一个函数的亚晶格电势差，并表明，作为$Δ_z$的等离子体激元分支的行为是不同的是依赖于相对于间隙的化学势的位置。静态极化进行了讨论，并提供了带电杂质的筛选的数值结果。我们观察到一个跳动的现象，在有效电位是依赖于$Δ_z$。
2014-05-16 cond-mat.mes-hall
Spintronics and spincaloritronics in topological insulators
我们研究拓扑绝缘体中的自旋电子学和自旋电子学。我们展示了二维拓扑绝缘体结和三维拓扑绝缘体与铁磁体耦合的自旋电子学效应。我们还研究了圆偏振光在拓扑绝缘体表面引起的自旋极化和两个拓扑绝缘体之间的结处的折射。对于自旋电子效应，我们给出了拓扑绝缘体中的横向磁热输运和热电输运。讨论了拓扑绝缘体的尺寸效应和拓扑绝缘体界面态的能带结构工程。
2013-01-23 cond-mat.mes-hall
Polarization dependence of coherent phonon generation and detection in the 3D topological insulator Bi2Te3
研究了拓扑绝缘体Bi_2 Te_3中相干声子的偏振特性。利用偏振相关的飞秒泵浦-探测光谱，我们测量了相干声子作为角度的函数时，泵浦和探测偏振是固定的，和晶体取向旋转。对于各向同性检测，根据光斑位置，观察到仅来自A1 g对称性的低频和高频声子的振荡，或者另外来自3.6 THz的模式的振荡。所有的模式被发现是独立的电场矢量相对于晶轴的方向证明他们的完全对称性，而没有出现在任何偏振几何模式较低的对称性。对于各向异性检测Eg对称的两种模式都可以检测到，但它们的振幅大大小于A1 g对称的振幅。为了阐明Bi_2Te_3中相干声子的归属和相干声子的产生过程，用自发拉曼散射补充了时域测量。频域和时域的结果和偏振依赖性的比较表明，3.6太赫兹模式属于结晶碲由于碲偏析产生。讨论了时域和频域数据之间的差异。
2015-05-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Chromium-Induced Ferromagnetism with Perpendicular Anisotropy in Topological Crystalline Insulator SnTe (111) Thin Films
拓扑晶体绝缘体（TCI）是最近发现的一种物质拓扑相。它具有多个狄拉克表面态，这些狄拉克表面态受到晶体对称性的保护。这与在众所周知的拓扑绝缘体中起作用的时间反演对称性形成对比。在塞曼场和/或应变的存在下，多个狄拉克表面态是带隙的。如果化学势存在于所有的塞曼能隙中，则会出现高陈数量子反常霍尔态。本文采用分子束外延技术，在热处理过的SrTiO_3（111）衬底上，以五层绝缘（Bi_（0.2）Sb_（0.8））_2 Te_3拓扑绝缘体为缓冲膜，生长了12层纯的双层（DL）和掺Cr的SnTe（111）薄膜。在低温下，Cr掺杂的SnTe薄膜的霍尔迹线显示方形磁滞回线，表明具有垂直各向异性的长程铁磁有序。12 DL Sn 0.9Cr 0.1Te薄膜的居里温度约为110 K。由于穿过体价带的化学势，12 DL Sn 0.9Cr 0.1Te薄膜的反常霍尔电阻远低于量子化的预测值（~1/4 h/e ~ 2）.通过化学掺杂和电选通系统地调节化学势，有可能在Cr掺杂SnTe（111）薄膜中实现高Chern数QAH态。
2018-02-27 cond-mat.mes-hall
