Facile and fast growth of high mobility nanoribbons of ZrTe$_5$
最近，ZrTe $_5$受到了很多关注，因为它表现出各种拓扑相，如弱和强拓扑绝缘体，狄拉克半金属，和量子自旋霍尔绝缘体在单层极限。虽然大多数研究都集中在三维块体材料上，但由于其在器件应用中的优势，人们非常希望获得纳米结构材料。我们报道了ZrTe $_5$纳米带的合成和表征。通过硅辅助化学气相传输方法，可以生长厚度为20 nm的长纳米带。生长速率比用于生长块状晶体的先前方法快一个数量级以上。此外，输运研究表明，纳米带具有低无意掺杂和高载流子迁移率，超过30，000 cm $^2$ /Vs，这使得能够从量子振荡可靠地确定$ac$平面中的$π$的Berry相。我们的方法在生长高质量的ZrTe $_5$超薄纳米结构方面具有很大的潜力。
2018-03-04 cond-mat.mtrl-sci
Revealing temperature evolution of the Dirac band in ZrTe$_5$ via magneto-infrared spectroscopy
本研究利用磁红外光谱探究了ZrTe$_5$中Dirac带的温度演化，发现带隙随温度变化的趋势不仅支持弱拓扑绝缘体相，也可通过导带-价带混合与带反转效应结合低温强拓扑绝缘体相来解释，为跨拓扑相变的带隙演化提供了新图景。
2023-07-27 cond-mat.mtrl-sci
Transition-Metal Pentatelluride ZrTe$_5$ and HfTe$_5$: a Paradigm for Large-gap Quantum Spin Hall Insulators
量子自旋霍尔（QSH）绝缘体是一种新型的量子材料，它可以在体绝缘带隙中支持拓扑保护的螺旋边模，从而实现无耗散输运。QSH的广泛应用的一个主要障碍是缺乏合适的QSH化合物，这应该是容易制造的，具有大尺寸的体间隙。在这里，我们预测，单层ZrTe $_5$和HfTe $_5$是最有前途的候选人，以达到大间隙QSH绝缘体的体直接（间接）带隙高达0.4 eV（0.1 eV），并对外部应变鲁棒。这两种材料的三维晶体都是良好的层状化合物，层间结合很弱，并且位于弱拓扑绝缘体和强拓扑绝缘体相变的相界附近，为今后的QSH效应和拓扑相变的实验研究开辟了新的途径。
2013-09-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Experimental evidence of large-gap two-dimensional topological insulator on the surface of ZrTe5
具有大带隙的二维拓扑绝缘体在量子自旋霍尔效应的实验研究和自旋电子器件的应用中具有重要的应用前景。尽管在预测大间隙2D TI候选者方面做出了相当大的理论努力，但只有少数已经通过实验验证。在这里，通过结合扫描隧道显微镜/光谱和角分辨光电子能谱，我们揭示了ZrTe 5晶体的顶部单层主机的表面上的~100 meV的大带隙和有限的恒定状态密度的间隙内的步骤边缘。我们的第一性原理计算证实了边缘态的拓扑非平凡性质。这些结果表明，顶部单层的ZrTe 5晶体是一个大的间隙2D TI适用于topotronic应用在高温下。
2016-01-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Magneto-transport evidence for strong topological insulator phase in ZrTe5
非平凡带拓扑的识别通常依赖于直接探测受保护的表面/边缘状态。但是，由于能量尺度小（meV），在窄禁带拓扑材料中很难实现电子化。在这里，我们证明了带反转，一个重要组成部分的非平凡的带拓扑结构，可以作为一种替代，实验上可访问的指标。我们发现，一个倒置的带可以导致四倍分裂的非零朗道能级，对比的两倍分裂（自旋分裂）在正常的带。我们证实了我们的预测在磁输运实验中的窄隙强拓扑绝缘体，五碲化锆（ZrTe $_5$），观察到额外的分裂的量子振荡，也是一个异常的峰值在极端的量子极限。我们的工作建立了一个有效的战略，以确定带反转以及相关的拓扑相，为未来的拓扑材料的研究。
2021-11-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Unraveling the topology of ZrTe$_5$ by changing temperature
我们研究了温度对ZrTe $_5$的拓扑性质的影响，它位于强和弱拓扑绝缘序之间的相界附近。使用第一性原理计算，我们表明，带隙和拓扑指数的ZrTe $_5$是非常敏感的热膨胀，电子-声子相互作用占三分之一以上的总温度相关的影响在ZrTe $_5$。我们发现，在强、弱拓扑绝缘体相中，带隙的温度依赖性具有相反的符号。基于这一见解，我们提出了一个强大的和明确的方法来确定任何给定的样品的拓扑性质的ZrTe $_5$：如果带隙随温度降低，它是一个强的拓扑绝缘体，如果它随温度增加，它是一个弱的拓扑绝缘体。一个类似的策略，预计将普遍适用于其他材料，并成为特别重要的拓扑相边界附近的其他方法提供模糊的结果。
2019-11-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
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
Temperature dependence of the energy band gap in ZrTe$_5$: implications for the topological phase
利用朗道能级谱，我们测量了五碲化锆（ZrTe $_5$）的能带隙随温度的变化。我们发现，带隙达到$E_g=(5 \pm 1)$ meV在低温下，并单调增加，当温度升高。这意味着ZrTe $_5$是一个弱的拓扑绝缘体，在布里渊区中心的电子带的非反转排序。我们的磁输运实验表明，在ZrTe $_5$的电阻率异常是不连接的带隙的温度依赖性。
2023-01-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electronic Evidence of Temperature-Induced Lifshitz Transition and Topological Nature in ZrTe5
拓扑材料是近年来研究的热点。虽然三维拓扑绝缘体越来越丰富，但二维拓扑绝缘体仍然很少见，特别是在天然材料中。ZrTe 5的反常输运性质一直是一个长期存在的难题;其潜在的起源仍然难以捉摸。最近，由于单层ZrTe 5是一个二维拓扑绝缘体，体相ZrTe 5中可能存在拓扑相变，因此重新引起了人们的兴趣。然而，ZrTe 5的拓扑性质仍有争议，因为一些实验指出它是三维或准二维狄拉克半金属。在这里，我们报告高分辨率的激光为基础的角分辨光电发射测量的ZrTe 5。ZrTe_5的电子性质主要由布里渊区中心的两个近线性色散带支配。这两个带被一个能隙分开，该能隙随着温度的降低而减小，但持续到我们测量的最低温度（~2 K）。整体电子结构表现出显着的温度依赖性;它从高温下具有空穴状费米口袋的p型半金属演变为约135 K的半导体，其电阻率呈现峰值，再到低温下具有电子状费米口袋的n型半金属。这些结果表明，在ZrTe 5的温度诱导的Lifshitz转变的明确的电子证据。他们提供了一个自然的理解的基本起源的电阻率异常在~135 K及其相关的反转的载流子型。我们的观察也提供了关键信息破译的拓扑性质的ZrTe 5和可能的温度诱导的拓扑相变。
2016-02-10 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Expansive Open Fermi Arcs and Connectivity Changes Induced by Infrared Phonons in ZrTe5
覆盖大部分表面布里渊区（SBZ）的膨胀开费米弧对于许多拓扑现象的检测和控制是期望的，但到目前为止仅报道了Kramers-Weyl点，或非常规手性费米子，钉扎在手性材料中的时间反转不变动量。利用第一性原理能带结构计算，我们发现在BZ中心附近的手征度为+1/-1的常规Weyl点，在（001）面上投影时，也可以形成跨越SBZ边界的扩展开放费米弧，占据SBZ的大部分.我们揭示了这种膨胀的开放费米弧是从拓扑表面态演化而来的，这些拓扑表面态连接了拓扑绝缘体相的（001）表面上的多个表面狄拉克点，而没有晶格畸变。此外，我们发现，诱导开放费米弧的连通性可以改变的晶格畸变的大小，这种红外声子模式。因此，我们建议，使用相干光学声子调制晶格参数可以提供诱导新的拓扑特征，包括扩展开放费米弧和动态控制费米弧连接在ZrTe 5。
2020-12-03 cond-mat.mtrl-sci
Signatures of a magnetic-field-induced Lifshitz transition in the ultra-quantum limit of the topological semimetal ZrTe$_5$
本文通过电输运和超声测量表征拓扑半金属ZrTe₅在高达64 T磁场下的量子极限，发现塞曼效应调控一维朗道能带并诱导向一维Weyl区域的Lifshitz转变，为在更低温度下探索相互作用驱动的奇异相奠定了基础。
2022-04-25 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other cond-mat.str-el
Topological phase transition and phonon-space Dirac topology surfaces in ZrTe$_5$
我们使用第一性原理方法揭示了在ZrTe $_5$中，一种类似石墨的层状范德华材料，原子位移对应于六个区心A $_g$中的五个（保序）声子模式可以驱动从强到弱的拓扑绝缘体的拓扑相变，其中狄拉克半金属态出现在转变处，在由A $_g$声子模式形成的多维空间中产生狄拉克拓扑表面。这意味着在ZrTe $_5$中的拓扑相变可以用许多不同的外部刺激设置来实现，这些外部刺激能够穿透声子空间狄拉克表面而不破坏晶体学对称性。此外，我们预测，域的有效质量相反的符号可以通过激光泵浦创建，并将主机外尔模式相反的手征沿域边界传播。研究声子空间拓扑表面为理解和利用ZrTe $_5$及相关量子材料的奇异物理性质提供了一条新的途径。
2020-04-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electrical transport in nano-thick ZrTe$_5$ sheets: from three to two dimensions
ZrTe $_5$是一种新发现的拓扑材料。在单层ZrTe $_5$被预测为二维拓扑绝缘体之后不久，对块状ZrTe $_5$晶体进行了一些实验，然而这些实验表明其块状形式可能是三维拓扑狄拉克半金属。我们报告的第一个超薄ZrTe $_5$薄片的输运研究下降到10 nm。已观察到的厚度的温度依赖性的特征电阻率最大值的一个显着的调制。值得注意的是，金属的行为，发生在低于约150 K的散装，持续到超过320 K的薄片小于20纳米厚。此外，电阻率最大值可以通过离子门控来极大地调节。结合霍尔电阻，我们确定了半导体和半金属带的贡献。薄片中金属态的增强是能带移动的结果。我们的研究结果表明，能带结构敏感地依赖于薄膜的厚度，这可能解释了不同的实验观察块体材料。
2017-01-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Revealing the topological phase diagram of ZrTe$_5$ using the complex strain fields of microbubbles
由于体电子系统的全局拓扑性质，拓扑材料具有鲁棒的性质，不受微观扰动的影响。特别是寻求其中拓扑不变量可以通过容易地调整外部参数而改变的材料。五碲化锆（ZrTe $_5$）是少数实验上可用的材料之一，其位于拓扑相变的边界附近，允许通过机械应变切换其不变量。在这里，我们毫不含糊地确定一个拓扑绝缘体-金属过渡作为应变的函数，由从头计算和直接测量的局部电荷密度相结合。我们的模型定量地描述了几层ZrTe $_5$没有拟合参数的气泡中发现的复杂应变模式的响应，再现机械变形依赖于使用扫描隧道显微镜观察到的带隙的关闭。我们计算的拓扑相图的ZrTe $_5$，并确定在平衡状态下的相位，使器件架构的设计，利用独特的拓扑开关特性的系统。
2022-03-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
First-principles studies of fermiology in topological phases of bulk ZrTe$_5$
本研究利用密度泛函理论研究三维块体ZrTe$_5$的拓扑相，提出通过分析能带结构、费米面与SdH振荡组合特征识别拓扑相的方法，可直接基于实验量子振荡测量结果分析拓扑相变过程。
2024-05-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Signature of pressure-induced topological phase transition in ZrTe$_5$
该研究利用半经典多载流子输运模型分析高压下ZrTe$_5$纳米器件，发现带隙闭合后重开的证据，揭示其由弱拓扑绝缘体向强拓扑绝缘体转变。
2024-10-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Temperature-Dependent Collective Excitations in a Three-Dimensional Dirac System ZrTe$_{5}$
本研究利用反射式高分辨电子能量损失谱研究三维狄拉克体系ZrTe₅的温度依赖集体激发，发现其等离激元能量与载流子浓度的1/3次方成正比，进而将该材料的电阻率反常归因于外禀狄拉克半金属的温度相关化学势偏移。
2023-11-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Double quantum spin Hall phase in bilayer ZrTe$_5$
University of Groningen（格罗宁根大学）
通过第一性原理计算，发现双层ZrTe$_5$在其最稳定结构中实现双量子自旋霍尔相，具有两对螺旋边缘态，且单轴应变可驱动其向常规单对QSH相转变。
2026-08-11 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Inducing Quantum Phase Transitions in Non-Topological Insulators Via Atomic Control of Sub-Structural Elements
本文提出通过亚结构元素（SSEs）的原子级局部调控，在非拓扑绝缘体As₂Te₃和ZrTe₅中诱导量子相变，并以等价位亚层阴离子掺杂和双轴应变为例验证该框架。
2023-04-12 cond-mat.mtrl-sci
New Family of Quantum Spin Hall Insulators in Two-dimensional Transition-Metal Halide with Large Nontrivial Band Gaps
拓扑绝缘体（TI）由于在绝缘体带隙内具有强的无带隙态，有望实现无耗散输运器件。然而，目前实现的2D TI，量子自旋霍尔（QSH）绝缘体，遭受超高真空和极低的温度。因此，寻找实验制备可行性高、带隙大的量子SH绝缘体对于自旋电子学的广泛应用具有重要意义。基于第一性原理计算，我们预测了过渡金属卤化物MX中一个新的二维QSH绝缘体族（M = Zr，Hf; X = Cl、Br和I）单层，具有0.12 $-$ 0.4 eV的大的非平凡带隙，与铋（111）双层相当（0.2 eV）、锡烯（0.3 eV）和大于ZrTe $_5$（0.1 eV）的单层和石墨烯基夹层异质结构（30 $-$ 70 meV）。它们对应的三维块体材料是由QSH层堆叠而成的弱拓扑绝缘体，并且部分块体化合物已经在实验中合成。该系统中的二维QSH效应源于一种新的d $-$ d带反转，它不同于传统的s $-$ s轨道或p $-$ p轨道之间的带反转.纯层状MX单层的实现可以通过从它们的3D体相剥离来制备，从而为纳米级器件应用带来巨大希望，并刺激对基于过渡金属的QSH材料的进一步努力。
2015-12-14 cond-mat.mtrl-sci
Forbidden Backscattering and Resistance Dip in the Quantum Limit as a Signature for Topological Insulators
识别拓扑绝缘体和半金属通常集中在它们的表面状态，使用光谱方法，如角分辨光电子能谱或扫描隧道显微镜。相比之下，从体态输运研究拓扑绝缘体的拓扑性质在大多数实验室中更容易获得，但很少涉及。我们证明，在拓扑绝缘体的量子极限中，在临界磁场下，最低朗道带的费米面上仅有的两个态之间的背散射可以被禁止。电导率仅由两种状态之间的反向散射确定，导致电阻下降，其可以用作拓扑绝缘体相的特征。更重要的是，这种被禁止的反向散射机制的电阻下降是无关的无序散射的细节。我们的理论可以应用于重新审视Pb $_{1-x}$ Sn $_x$ Se，ZrTe $_5$和Ag $_2$ Te家族的实验，并且对于拓扑绝缘体和正常绝缘体之间有争议的小间隙材料特别有用。
2018-07-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Thermoelectric transport of perfectly conducting channels in two- and three-dimensional topological insulators
拓扑绝缘体具有新颖的输运性质的无隙边缘/表面态。其中，有两类完全导电的通道，是免费的背散射：边缘状态的二维拓扑绝缘体和一维状态局部的某些三维拓扑绝缘体的位错。我们展示了这些新的状态如何影响系统的热电性能，并讨论了使用这些具有完美导电通道的材料来提高热电优值的可能性。
2010-10-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
DFT based insights into elastic, thermophysical, electronic and optical properties of topological insulators XTe5 (X = Zr, Hf)
本研究利用DFT计算揭示了ZrTe5和HfTe5的力学稳定性、脆性及混合键合特性，并发现其高反射率和低热导率，表明它们适用于声学、热电及太阳辐射反射涂层，且自旋-轨道相互作用增强了其绝缘性。
2025-04-22 cond-mat.mtrl-sci
Engineered Near-Perfect Back-Scattering on Surface of Topological Insulator with Non-Magnetic Impurities
我们展示了如何在三维拓扑绝缘体的表面态中仅使用非磁性杂质来设计增强的斜散射和间隙状开口。非磁性杂质的增强斜散射作为散射势的有限尺寸效应而获得。与所产生的偏斜散射密切相关的是，在杂质周围局部出现了类似间隙的电子态密度，并被尖锐的共振所包围，在设计的杂质结构中出现了扩展的能隙。
2014-12-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Critical point for the strong field magnetoresistance of a normal conductor/perfect insulator/perfect conductor composite with a random columnar microstructure
最近开发的自洽有效介质近似，与柱状微结构的复合材料，适用于这样的三个组成部分的各向同性正常导体，完美的绝缘体，和完美的导体，其中一个强磁场{ \bf B}是存在于垂直于柱状轴的平面的混合物。当绝缘和完美的导电成分不渗透在该平面中，微结构诱导的平面内磁阻被发现饱和为大{ \bf B}，如果完美的导体$p_S$的体积分数是大于完美的绝缘体$p_I$。相比之下，如果是$p_S<p_I$，则磁阻保持为${\bf B}^2$而不会饱和。当$p_S=p_I$为临界点时发生的宏观响应中的这种突变，具有作为这些点的特征的相关临界指数和标度行为。讨论了宏观响应奇异性的物理原因。这种现象显然涉及一种新型的逾渗过程。
2000-06-23 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Facet-selective ballistic supercurrent in a weak topological insulator
Chalmers University of Technology（查尔姆斯理工大学）；University of Gothenburg（哥德堡大学）；Max-Planck-Institut für Festkörperforschung（马克斯·普朗克固体研究所）；Universität Würzburg（维尔茨堡大学）；Radboud University（拉德堡德大学）；Tohoku University（东北大学）
在弱拓扑绝缘体ZrTe5的约瑟夫森结中，通过超导量子干涉观测到类似SQUID的临界电流振荡，证实超流集中在特定晶面，并表现出弹道输运特征，为面分辨超导器件和高阶拓扑超导提供了平台。
2026-07-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
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
Landau quantization and the thickness limit of topological insulator thin films of Sb2Te3
本文报道了用低温扫描隧道显微镜对分子束外延生长的Sb_2Te_3薄膜进行朗道量子化的实验观察。与以往文献报道的体系不同，Sb_2Te_3拓扑绝缘体中的朗道量子化对薄膜中的本征替位缺陷不敏感。结果表明，二维无质量狄拉克费米子系统的表面态具有近似理想的线性能量色散。我们证明了Sb_2Te_3薄膜作为三维拓扑绝缘体的厚度极限为4个五层。朗道能级展宽的机制进行了讨论，增强准粒子寿命。
2011-11-07 cond-mat.mtrl-sci
Perfect Coulomb drag in a dipolar excitonic insulator
本研究在MoSe2/WSe2偶极双层激子绝缘体中观测到完美库仑拖拽，并揭示其随温度与Mott密度转变的输运行为。
2023-09-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Ultrafast Spectroscopy of Bi2Se3 Topological Insulator
研究了Bi_2Se_3拓扑绝缘体的超快瞬态吸收谱。采用传统的固相反应自熔法生长Bi 2Se 3单晶。用高分辨率粉末X射线衍射仪（PXRD）研究了其结构性能。PXRD的Rietveld分析表明，样品为菱方晶系，空间群为R-3 m，晶格常数为a=b=4.14A，c=28.7010A。扫描电子显微镜（SEM）结果显示，具有层状形貌的完美晶体结构，这从表面XRD中得到了证实。能量色散光谱（EDS）分析确定了组成原子的定量，发现非常接近它们的化学计量比。利用超快瞬态吸收光谱研究了与注量有关的非线性行为。超快光谱还预测了这种单晶产生太赫兹（THz）辐射（T射线）的能力。
2019-10-28 cond-mat.mtrl-sci
Direct Graphene Growth on Insulator
石墨烯器件的制造通常受到硅技术和石墨烯生长方法之间的不相容性的阻碍。从石墨上剥离下来的薄膜非常好，但主要用于研究。在金属上生长的石墨烯具有技术潜力，但需要机械转移。通过SiC分解的生长需要超过技术极限的温度预算。这些问题可以通过直接在绝缘体上生长石墨烯来规避，这意味着范德华生长。在生长期间，绝缘体充当限定生长平面的支撑件。在器件中，它使石墨烯与Si衬底绝缘。我们展示了石墨烯在云母表面的平面生长。这是通过高于600°C的分子束沉积实现的。高分辨率拉曼扫描说明了生长参数和衬底形貌对薄膜完整性的影响。从头计算表明，增长模型。数据分析强调了表面台阶处的成核与平坦表面处的成核之间的竞争。作为一个概念的证明，我们显示的证据，电场效应的晶体管与直接生长的通道。
2011-06-10 cond-mat.mtrl-sci
Giant magnetochiral anisotropy from quantum confined surface states of topological insulator nanowires
无线电技术依赖于将交变电磁场转换为直流电，这一过程被称为整流。虽然整流器通常基于半导体二极管，但最近发现了能够实现高度可控整流的量子力学非互易输运效应。一种这样的效应是磁手性各向异性（MCA），其中材料或器件的电阻取决于电流的方向和施加的磁场。然而，由于MCA可能的整流的大小通常是非常小的，因为MCA依赖于反转对称性破缺，导致自旋轨道耦合的表现，这是一种相对论效应。在典型的材料中，由于MCA引起的整流系数$γ$通常是$|γ| \lesssim 1$ ${\rm A^{-1} T^{-1}}$，并且迄今为止报道的最大值是碳纳米管中的$|γ| \sim 100$ ${\rm A^{-1} T^{-1}}$和ZrTe $_5$。在这里，为了克服这一限制，我们人为地打破反转对称性通过施加栅极电压薄拓扑绝缘体（TI）纳米线异质结构，并从理论上预测，这种对称性破缺可以导致一个巨大的MCA效应。我们的预测证实通过实验薄体绝缘（Bi $_{1-x}$ Sb $_{x}$）$_2$ Te $_3$ TI纳米线，在其中我们观察到MCA符合理论和$|γ| \sim 100000$ ${\rm A^{-1} T^{-1}}$，最大的MCA整流系数在正常导体。
2022-05-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Current Modulator based on Topological Insulator with Sliding Magnetic Superlattice
我们从理论上研究了表面覆盖有滑动磁性超晶格的拓扑绝缘体。通过分析含时Dirac方程，研究了零模的动力学性质。当超晶格的滑动速度小于（大于）拓扑绝缘体的费米速度时，零模被完全（不完全）抽运。我们还提出了这种设置，整流电流或产生脉冲电流的应用。这将为基于拓扑绝缘体的电子器件提供一个原型。
2010-02-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Massive topological edge channels in three-dimensional topological materials induced by extreme surface anisotropy
针对二维材料制备复杂且一维通道容量低的问题，提出利用表面各向异性在三维拓扑材料ZrTe5中实现大量一维拓扑边缘通道，为低功耗纳米器件开辟新途径。
2023-11-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Photon dressed electronic states in topological insulators: Tunneling and conductance
研究了在圆偏振光作用下三维拓扑绝缘体的表面束缚态和二维拓扑绝缘体的边缘态.发现电子和光子之间的强耦合引起能隙以及独特的能量色散的修饰态，不同于石墨烯和传统的二维电子气（2DEG）。通过数值计算，研究了电子-光子相互作用、势垒高度和势垒宽度对电子隧穿pn结和拓扑绝缘体弹道电导的影响。一个临界能量的入射电子隧道完美地通过一个障碍的预测，电子表现为无质量的狄拉克类或大规模的薛定谔类粒子高于或低于这个阈值。此外，这些效果进行了比较，在锯齿形石墨烯纳米带和2DEG。两者的相似之处和差异进行了论证和解释。
2012-05-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Absence of Perfect Conductance Quantization of Helical-edge Transport in Graphene under a Strong, Tilted Magnetic Field
在最近的实验中，Young等人[Nature { \bf 505}，528（2014）]观察到金属到绝缘体的转变以及在强倾斜磁场下通过单层石墨烯中的螺旋边缘态的传输。在这样的条件下，块体是磁绝缘体，其可以通过螺旋边缘表现出金属导电性。有人发现，两端电导的螺旋通道偏离预期的量子化值在低温下（$=e^2/h$每边，在零温度）。基于这一观察，我们研究了无序对边缘通道传导的影响。我们表明，与半导体量子阱的情况不同，无序Rashba自旋轨道耦合不会导致背散射，至少导致领先秩序。相反，我们发现缺乏完美的反对齐的螺旋通道中的电子自旋是最有可能的源产生的标量（即自旋无关）杂质的背散射。内在的自旋-轨道耦合和其他时间反演对称性破缺和/或亚晶格宇称破缺电位也导致对沟道电导的（子引导）校正。
2015-10-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Robust axion insulator and Chern insulator phases in a two-dimensional antiferromagnetic topological insulator
二维（2D）材料中的非平凡拓扑结构和磁性之间的复杂相互作用导致了许多新现象和功能的出现。一个突出的例子是量子反常霍尔（QAH）效应，它是在没有磁场的情况下在磁掺杂拓扑绝缘体中实现的。最近，层状范德华化合物MnBi_2Te_4被理论预测和实验验证为具有层间反铁磁（AFM）有序的TI。它是一种罕见的拓扑和磁性共存的化学计量材料，因此代表了复杂拓扑-磁性结构的完美构建块。在这里，我们研究了场效应晶体管几何结构中块体晶体和剥落的MnBi 2 Te 4薄片的量子输运行为。在6七层（SL）设备调谐到绝缘制度，我们观察到一个大的纵向电阻和零霍尔平台，这是轴子绝缘体状态的特点。在零磁场、宽磁场范围和相对高的温度下，都能出现强的轴子绝缘体状态。此外，一个中等的磁场驱动量子相变从轴子绝缘体相到陈绝缘体相具有零纵向电阻和量子化霍尔电阻h/e2（h是普朗克常数和e是元素电荷）。这些结果为利用偶数阶半导体MnBi_2Te_4实现凝聚态系统的量子化拓扑磁电效应和轴子电动力学奠定了基础。
2020-01-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
The strong side of weak topological insulators
三维拓扑绝缘体根据其表面态的性质分为“强”（STI）和“弱”（WTI）。虽然STI的表面状态在拓扑上被保护免于局部化，但这并不适用于WTI。在这项工作中，我们表明，表面状态的WTI实际上是保护任何随机扰动，不打破时间反演对称性，并没有关闭的散装能隙。因此，即使存在这种类型的强无序，清洁系统中金属表面的导电性仍然是有限的。在弱无序极限的表面被发现是完美的金属，和强表面无序只起到推动金属表面向内。我们发现，WTI不同于STI主要是在其各向异性，各向异性是不是它的弱点，而是它的丰富性的标志。
2012-07-03 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Towards perfect quantum insulation
该研究提出一种变分方法，通过调整哈密顿量抑制跃迁并保持多粒子态，实现最优量子绝缘，并在紧束缚模型中展示其显著效果。
2025-01-24 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.quant-gas quant-ph
Scattering from Surface Step Edges in Strong Topological Insulators
研究了强拓扑绝缘体（STI）表面台阶边缘处的散射过程的特性，由于时间反演对称性和沿台阶边缘的平移不变性对$S$ -矩阵\emph{solely}施加了限制.我们表明，“完美反射”的步骤边缘，可以定义与这些限制允许调制的局部状态密度（LDOS）附近的步骤边缘衰减不慢于$1/x$，其中$x$是从步骤边缘的距离。这比二维电子气（2DEG）中的速度更快--在2DEG中LDOS以$1/\sqrt{x}$形式衰减--并且与STI表面状态中的反向散射抑制具有相同的原因。我们还计算了在δ函数散射势下的散射，并认为\emph{generic}阶跃边缘将产生LDOS振荡的$x^{-3/2}$衰减。实验的影响进行了讨论。
2010-03-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Stacked topological insulator built from bismuth-based graphene sheet analogues
通常材料分为电导体或绝缘体。2005年拓扑绝缘体（TI）的理论发现从根本上挑战了这种二分法。在TI中，自旋-轨道相互作用产生电子能带结构的非平凡拓扑结构，这决定了其本体是完全绝缘的，而其表面是完全导电的。TI提出的第一种候选材料-石墨烯-实际用途有限，因为其弱的自旋轨道相互作用产生约0.01K的带隙。然而，最近对Bi 2Se 3和Bi 2 Te 3的重新研究已经将这些材料牢固地归类为强三维TI。我们已经合成了属于一个完全不同的，弱的，拓扑类，从二维TI的堆栈构建的第一块材料：Bi 14 Rh 3 I9。它的Bi-Rh片是石墨烯类似物，但具有由RhBi 8立方体而不是碳原子组成的蜂窝网。强的铋相关的自旋轨道相互作用使得每个石墨烯类层具有2400 K带隙的TI。
2013-03-09 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Bulk topological insulators as inborn spintronics detectors
电子自旋的检测和操纵是基于自旋的电子学或自旋电子学的关键前提。这通常通过将铁磁体与金属或半导体接触来实现，其中由于自旋-轨道耦合导致的自旋弛豫限制了效率和长度尺度。相反，在拓扑绝缘体材料中，自旋-轨道耦合非常强，自旋方向唯一地决定了电流方向，这使我们能够构思出一种全新的自旋检测和操纵方案。然而，即使是最基本的过程，自旋注入到拓扑绝缘体从铁磁体，尚未得到证明。在这里，我们报告了成功的自旋注入到拓扑绝缘体的表面状态，通过使用自旋泵技术。通过测量自旋抽运产生的电压，我们证明了体绝缘拓扑绝缘体Bi 1.5Sb 0.5Te 1.7Se 1.3和Sn掺杂Bi 2 Te 2Se的表面态发生了自旋-电转换效应。在这个过程中，由于表面态的二维性质，沿着垂直方向没有自旋电流。因此，这一现象的机制不同于逆自旋霍尔效应，甚至预言了在室温下自旋和电之间的完美转换。这些结果揭示了拓扑绝缘体作为自旋电子学器件的巨大优势。
2013-12-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin-selective tunneling from nanowires of the candidate topological Kondo insulator SmB6
将相对论物理学引入量子隧穿可以导致奇异的行为，例如通过克莱因隧穿的完美传输。在这里，我们探测自旋动量锁定的相对论费米子的隧穿特性的设计和实施的隧穿几何，利用纳米线的拓扑近藤绝缘体候选人，SmB 6。将纳米线连接到扫描隧道显微镜针尖的末端，并用于在Neel温度为~50 K的反铁磁体Fe 1.03Te中成像双共线条纹自旋序。在10 K以上，随着拓扑表面态的抑制，反铁磁条纹变得不可见.我们进一步证明了自旋极化的方向与隧穿方向有关。我们的技术建立SmB 6纳米线作为自旋极化电流的理想管道。
2022-09-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
