Three-component fermions with surface Fermi arcs in topological semimetal tungsten carbide
拓扑Dirac和Weyl半金属不仅具有类似于高能物理中的基本费米粒子的准粒子，而且具有非平凡的带拓扑，表现为表面上的奇异费米弧。最新的进展提出了新型的拓扑半金属，其中空间对称性保护了无隙电子激发，而没有高能量的类比。在这里，我们观察到三重简并节点（TP）附近的费米能级的WC，其中的低能量准粒子被描述为不同于狄拉克和外尔费米子的三分量费米子。我们进一步观察到表面态的恒定能量轮廓是连接表面投影的费米弧对，证明了新发现的半金属态的非平凡拓扑结构。
2017-06-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
3D quantum Hall effect of Fermi arcs in topological semimetals
量子霍尔效应通常在二维系统中观察到。我们证明了费米弧可以在拓扑半金属中产生独特的三维量子霍尔效应。由于拓扑约束，单个表面处的费米弧具有开放的费米表面，其不能承载量子霍尔效应。通过外尔节点辅助的“虫洞”隧穿，相对表面的费米弧可以形成完整的费米环，并支持量子霍尔效应。费米弧的边缘态显示出独特的三维分布，给出了（d-2）维边界态的一个例子。这与单表面拓扑绝缘体的表面态量子霍尔效应明显不同。当费米能扫过外尔节点时，片霍尔电导率从1/B依赖性演化到外尔节点处的量子化平台。这种行为可以通过调谐拓扑半金属板（例如TaAs族、Cd $_3$ As $_2$或Na $_3$ Bi）中的栅极电压来实现。这项工作不仅对寻找费米弧的输运特征，而且对探索其他拓扑相物质中的新型电子气具有指导意义。
2017-10-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin polarization and texture of the Fermi arcs in the Weyl Fermion semimetal TaAs
外尔半金属是一种新的物质状态，它拥有外尔费米子作为准粒子激发。在零能量下的外尔费米子对应于体带简并点，外尔节点，它们在动量空间中分离，并且仅通过奇异的费米弧表面状态通过晶体的边界连接。我们实验测量的自旋极化的费米弧在实验上发现的第一个外尔半金属TaAs。我们的自旋数据首次揭示了费米弧的自旋极化幅度高达80%，并且具有完全面内的自旋织构。此外，我们证明了TaAs中Weyl节点的手征性不能由费米弧的自旋织构来推断。费米弧的非简并性质对于建立其精确的拓扑性质非常重要，这揭示了弧上的自旋形成了一种新型的二维物质。此外，我们观察到的几乎完全的自旋极化（~80%）可能在自旋电子学应用中有用。
2015-11-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Observation of 1D Fermi arc states in Weyl semimetal TaAs
本研究通过低温扫描隧道显微镜/光谱学在TaAs原子级台阶上直接观测到一维费米弧，证实其源于体Weyl点，并展示了体-边界对应性的极端稳健性，为小型化量子器件提供了潜在应用。
2023-05-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Quasiparticle interference and resonant states in normal and superconducting line nodal semimetals
我们研究了线结半金属的正常和d波超导态中的杂质散射，并表明，由于表面上的杂质可获得额外的散射相空间，准粒子干涉图案获得了扩展的字符，而不是离散的δ函数峰的集合。此外，使用的T-矩阵形式主义，我们证明了传统的行为的标量杂质在d波超导体的表面上的线结半金属在准平带极限。
2017-04-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Generalization of the Nested Wilson Loop Formalism in Topological Dirac Semimetals with Higher-order Fermi Arcs
本研究将嵌套威尔逊环形式体系推广到含高阶拓扑的非对称材料，发现广义嵌套贝里相位是三维狄拉克半金属高阶费米弧存在的体拓扑指标，通过第一性原理计算验证了体-棱对应关系，为非对称体系高阶拓扑研究提供通用方法。
2023-08-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Connecting the dots: Time-reversal symmetric Weyl Semimetals with tunable Fermi arcs
我们提出了一个单参数族的非相互作用的晶格模型的外尔半金属与4个外尔节点和可调费米弧。这些2带模型哈密顿量与$\mathrm{T}^2 = + 1$是时间反演对称的，并且调整参数连续地改变费米弧的连通性，而不影响体布里渊区中Weyl节点的位置和手征。体极化和磁化强度随该参数而变化，这种依赖关系不能用低能有效场论来描述。
2016-08-03 cond-mat.mes-hall
Weyl Semimetals, Fermi Arcs and Chiral Anomalies (A Short Review)
物理学家发现了一种新的拓扑半金属--外尔半金属，它的表面具有非封闭的费米面，而体中的低能准粒子则以外尔费米子的形式出现。在这里，他们分享了对发展的简要回顾，并提出了对下一步的看法。
2016-12-07 cond-mat.mes-hall
Fermi arcs of topological surface states in multi-Weyl Semimetals
采用连续介质模型，系统地研究了三维多Weyl表面半金属拓扑表面态的费米弧。本文用解析方法计算了具有单一外尔点的二次和三次外尔半金属的能谱和波函数。系统地研究了具有单对和双对Weyl点的Weyl半金属拓扑表面态的费米弧。研究了表面态费米弧随边界参数变化的演化规律，清楚地证明了费米弧连接的拓扑Lifshitz相变。此外，利用拉格朗日方法推导了Weyl半金属双平行平板边界的边界条件。
2021-11-02 cond-mat.mes-hall quant-ph
Fermi-arcs mediated transport in surface Josephson junctions of Weyl semimetal
该研究探究外尔半金属表面约瑟夫森结中费米弧介导的输运，分析不同对称性破缺及外场下的电流振荡规律，并用散射理论网络模型解释，揭示振荡与外尔节点间距等参数的关联。
2024-01-26 cond-mat.mes-hall
Tunable Dirac Semimetals with Higher-order Fermi Arcs in Kagome Lattices Pd$_3$Pb$_2$X$_2$ (X = S, Se)
体边界对应在拓扑状态识别方面取得了巨大的成功。然而，这种优雅的策略并不适用于狄拉克半金属（DSM）。在这里，我们提出了Kagome晶格Pd $_3$ Pb $_2$ X $_2$（X = S，Se）是不含表面费米弧态的独特的I型DSM，它不同于以前熟知的DSM，如Na $_3$ Bi和Cd $_3$ As $_2$ . Pd $_3$ Pb $_2$ X $_2$的特征在于非平凡拓扑不变量Z $_3$，保证了高阶体铰链对应和高阶费米弧的存在，以及铰链上的分数角电荷。I型DSM位于若干拓扑相的相边界处，包括II型DSM和三维弱拓扑绝缘体。相变可以很容易地通过外部应变操纵。我们的结果为研究这些独特的DSM和相关的相变提供了可行的平台。
2022-11-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Emission of photons by quasiparticles in Weyl semimetals
我们证明了外尔半金属中的准粒子可以随单光子发射而衰变。我们研究了发射光子的光谱，并估计了衰变率。
2020-03-31 cond-mat.mes-hall hep-ph hep-th
Floquet-Engineering Weyl Points and Linked Fermi Arcs from Straight Nodal Lines
Sun Yat-sen University（中山大学）
本研究通过Floquet工程将直线节点线转化为Weyl点，并诱导出连接的费米弧，揭示了拓扑半金属的新相。
2026-02-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Discovery of a Weyl Fermion Semimetal and Topological Fermi Arcs
我们报道了TaAs中Weyl费米半金属和拓扑费米弧的发现
2015-07-19 cond-mat.mes-hall
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
Entanglement Signature of Hinge Arcs, Fermi Arcs, and Crystalline Symmetry Protection in Higher-Order Weyl Semimetals
纠缠谱（ES）中$1/2$模的存在已被证明是物质的带隙拓扑相的边界态的强有力的量子信息签名，例如，拓扑绝缘体和拓扑超导体，其中有限的体隙允许我们在$1/2$模式和边界状态之间建立清晰的对应关系。在这里，我们研究了最近提出的高阶外尔半金属（HOWSM），其中散装支持无间隙高阶外尔节点和边界支持铰链弧和费米弧。我们发现，明确识别高阶边界态的目标最终促使我们充分利用纠缠汉密尔顿量的本征量：ES以及施密特矢量（纠缠波函数，缩写。EWF）。我们证明，虽然铰链弧和费米弧有助于$1/2$模式，对应于铰链弧和费米弧的EWF分别位于虚拟铰链和表面的分区。此外，我们还可以通过各种不同的破缺配分来确定保护边界态的最小晶体对称性。因此，对于HOWSM等无带隙拓扑相，我们可以结合ES和EWF来普遍识别边界状态和潜在的对称性要求。虽然HOWSM是无间隙相位的典型例子，但我们的工作揭示了物质无间隙拓扑相位中纠缠签名的一般理论。
2022-05-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Dispersion of Fermi arcs in Weyl semimetals and their evolutions to Dirac cones
通过构造一个简单的有效模型，研究了外尔半金属相费米弧的色散。我们计算了表面费米弧色散的顶部和底部的表面合并成体狄拉克锥在Weyl半金属在两端的弧，并表明，他们有相反的速度。这一结果也证实了使用紧结合模型的计算。此外，通过改变系统中的一个参数，同时保持时间反演对称性，我们证明了当系统从Weyl半金属过渡到拓扑绝缘体相时，两个费米弧演化为一个表面狄拉克锥.我们还表明，表面终端的选择影响配对的外尔节点，从费米弧的形成。
2014-06-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
Distinct evolutions of Weyl fermion quasiparticles and Fermi arcs with bulk band topology in Weyl semimetals
外尔半金属相是最近发现的一种拓扑量子态，其特征在于在费米能级附近存在拓扑保护简并。这些简并是奇异现象的来源，包括在体中实现手征外尔费米子作为准粒子和在表面形成费米弧态。在这里，我们表明，这两个关键的签名显示不同的演变与散装带拓扑结构进行角分辨光电子能谱，支持第一性原理计算，过渡金属单磷化物。虽然外尔费米子准粒子只存在于化学势位于外尔锥特征的两个鞍点之间时，但费米弧态在更大的能量尺度上延伸，并且在与包含一个外尔点的两个非平凡费米表面重组成包含两个相反手征的外尔点的单个平凡费米表面相关的体Lifshitz跃迁中是鲁棒的。因此，在某些系统（如NbP）中，拓扑费米弧状态被保存，即使外尔费米子准粒子在体中不存在。我们的研究结果不仅提供了深入了解的奇异物理现象和Weyl半金属的本征体能带拓扑结构之间的关系，但也解决了明显的困惑，观察到不同的磁输运性质的TaAs，TaP和NbP，费米弧状态是相似的。
2017-02-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
Searching for topological Fermi arcs via quasiparticle interference on a type-II Weyl semimetal MoTe$_2$
外尔半金属显示了一种新的拓扑相的物质，其中外尔节点出现在对相反的手征，可以被看作是一个源或一个汇的贝里曲率。外尔半金属中的奇异效应，如表面费米弧和手征反常，使其成为探索新功能的新天地。进一步开发其潜在的应用需要清楚地了解其拓扑电子性质，如外尔点和费米弧。利用傅里叶变换扫描隧道光谱（FT-STS）研究了第二类Weyl半金属候选物MoTe $_2$，其Weyl点位于费米能级以上.虽然它的费米能级以下的电子结构已被确定的角度分辨光电子能谱（ARPES），通过比较我们的实验数据与第一性原理计算，我们能够确定在低于和高于费米能级的能量的多个散射通道的起源。我们的计算还表明，存在平凡和拓扑弧状状态以上的费米能量。在FT-STS实验中，我们已经观察到强烈的信号，从弧内散射，以及从类弧表面状态和投影体状态之间的散射。我们的实验观察和计算结果之间的详细比较表明，平凡和非平凡的散射通道是很难区分在这种化合物。有趣的是，我们发现破缺的反转对称性改变了两个不等价表面上的终止态，这反过来又改变了在两个表面上的FT-STS图像中观察到的散射通道的相对强度。
2018-07-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Quantum oscillations from generic surface Fermi arcs and bulk chiral modes in Weyl semimetals
我们重新研究了外尔半金属中表面费米弧和手征模的量子振荡问题。通过引入两种工具-半经典相空间量子化和Weyl半金属的分层结构的数值实现-我们发现了几个重要的概括以前的结论，隐式定制的特殊情况下，相同的费米弧的顶部和底部表面。我们表明，相空间量子化图片固定在以前使用的能量-时间量子化方法的模糊性，并正确地再现了数值计算的量子振荡的两个表面上的明显弯曲的费米弧的通用Weyl半金属。基于这些方法，我们确定了一个“魔术”的磁场角度，量子振荡变得独立于样品厚度，具有显着的实验意义。我们还分析了这些量子振荡无序的稳定性，并表明，高场振荡预计将持续在样品的厚度参数超过量子平均自由程。
2015-12-18 cond-mat.mes-hall
Observation of Fermi arcs and Weyl nodes in a non-centrosymmetric magnetic Weyl semimetal
本研究通过ARPES和第一性原理计算确认CeAlSi为新型非中心对称磁性外尔半金属，观察到表面费米弧和体态外尔锥，并发现费米能级附近的Ce 4f能带，为研究拓扑、磁性与电子关联相互作用提供了独特平台。
2023-05-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Disorder-induced exceptional and hybrid rings in Weyl/Dirac semimetals
Weyl Hamilton的非厄米性导致了Weyl例外环和Weyl例外环内部的平坦带的实现。近年来，非厄米物理的研究平台扩展到了准粒子具有有限寿命的多体或无序系统。在这里，我们澄清，偏离幺正极限在无序Weyl半金属导致的Weyl例外环的产生，无论散射势的细节。在拓扑狄拉克半金属的情况下，实现了混合环和平坦带的复能量本征值的无涡性。这种情况适用于任何外尔或狄拉克半金属。这些效应可以通过光电发射或准粒子干涉实验检测到。
2019-12-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
From surface Fermi arcs to Fermi loops in the Dirac semimetal Cd3As2
本研究通过栅压依赖的自旋输运和量子振荡测量，在表面修饰的狄拉克半金属Cd3As2纳米片中实验揭示费米弧到费米环的演化，为狄拉克半金属拓扑态转变提供见解，助力高性能自旋电子器件研发。
2025-02-11 cond-mat.mes-hall
Helical Fermi arcs and surface states in time-reversal invariant Weyl semimetals
外尔半金属是一种三维无隙拓扑材料，其中两个带在布里渊区的偶数个点处接触。在这项工作中，我们研究了锌晶格模型实现了时间反演不变的外尔半金属。体动力学由12个螺旋外尔节点描述。表面态形成了一种特殊的准二维螺旋金属，与拓扑绝缘体的典型狄拉克形式有着根本的不同。低能表面激发的速度和自旋的允许方向被锁定在立方对称轴上。所研究的系统说明了一般性质的表面态的系统中常见的晶体对称性。
2013-07-09 cond-mat.mes-hall
Generic coexistence of Fermi arcs and Dirac cones on the surface of time-reversal invariant Weyl semimetals
外尔半金属的标志是在它们的表面上存在开放的恒定能量轮廓-所谓的费米弧-连接外尔点。在这里，我们表明，对于时间反演对称实现的外尔半金属这些费米弧在许多情况下共存的封闭费米口袋源自表面狄拉克锥钉在时间反演不变的动量。费米口袋的存在是必需的某些费米弧连通性，由于额外的限制所施加的六个$\mathbb{Z}_2$拓扑不变量表征一个通用的时间反演不变外尔半金属。我们表明，费米弧连接的变化通常会导致不同的拓扑结构的表面费米表面，并确定半Heusler化合物LaPtBi下的面内压缩应变作为实现这种表面Lifshitz转变的材料。我们还讨论了这种共存在准粒子干涉谱中的普遍特征。
2017-08-18 cond-mat.mes-hall
Strong and Fragile Topological Dirac Semimetals with Higher-Order Fermi Arcs
本文针对 Dirac 半金属缺乏直接体—边对应的问题，通过 s-d 杂化 QI 模型与嵌套 Jackiw-Rebbi 理论揭示高阶铰链费米弧，并用第一性原理在多种材料中验证。
2023-09-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Friedel oscillations due to Fermi arcs in Weyl semimetals
外尔半金属具有不寻常的表面状态，称为费米弧，它基本上是二维费米表面的不相交部分。我们描述了一个处方，获得任意形状和连接的费米弧堆叠交替的二维电子和空穴费米表面，并添加适当的层间耦合。使用这个处方，我们计算的局部态密度-一个直接相关的扫描隧道显微镜-在一个Weyl半金属表面上的点散射体的存在下，并提出一个特定的模型，预计将适用于烧绿石铱酸Weyl半金属的结果。对于薄的样品，费米弧在相对的表面合谋允许嵌套的背散射，导致强烈的弗里德尔振荡的表面上。随着样品厚度的增加，这些振荡消失，底部表面的费米弧后退，由于顶部表面费米弧之间的散射，微弱的振荡幸存下来。表面光谱功能-访问光电发射实验-也计算。在热力学极限下，这种计算可以解析地进行，并且可以看到费米弧和体态的单独贡献。
2012-08-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Detection of Fermi Arcs in Weyl Semimetals through Surface Negative Refraction
外尔半金属的主要特征之一是在其表面存在费米弧表面态，这在没有多体相互作用的纯二维系统中是不能实现的。然而，由于半金属的无间隙体积，观察费米弧表面态的清晰特征具有挑战性。在这里，我们建议通过完美的负折射，发生在两个相邻的开放表面之间的费米弧正确取向检测这种新的表面状态。具体地说，这种现象明显地表现在非局部传输测量中，其中负折射在实空间电导中产生返回峰。这提供了费米弧表面态的独特特征。我们讨论了这一峰值的出现在反演和时间反演对称Weyl半金属，后者表现出电导振荡由于多个负折射散射事件。
2020-03-12 cond-mat.mes-hall
Coexistence of Fermi arcs with two dimensional gapless Dirac states
我们提出了一个物理方案，其中费米弧和二维无隙狄拉克态共存的边界模式在同一个二维表面。这种情况是实现在拓扑绝缘体-Weyl半金属界面，尽管明确的时间反演对称性破缺。基于一个启发式拓扑指数，我们预测当Weyl半金属和拓扑绝缘体的对应态出现在由Weyl节点分开的布里渊区的不连通部分和定义Weyl半金属的时间反演破缺矢量没有平行于畴壁的投影时，共存是允许的.紧束缚模型的数值模拟证实了这一点。我们进一步计算了共存界面态的光学电导率，这可以用来通过干涉实验来识别它们。
2015-03-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Transport, refraction and interface arcs in junctions of Weyl semimetals
本文研究了低能电子输运在两个磁性Weyl半金属结中的输运，其中各向异性轴相互倾斜。使用一个两带模型与潜在的步骤，我们计算正常和克莱因隧道的传输因子和界面的折射特性作为倾斜角的函数。我们表明，接口作为一个分束器，分离电子与不同的手征。我们还描述了界面状态，只出现有限的倾斜角，连接的费米面的投影两侧的交界处，我们讨论了运输效果，由于它们的相互作用与费米弧。
2022-07-14 cond-mat.mes-hall
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
Fermi arcs formation in Weyl semimetals: the key role of intervalley interaction
我们提出了一个分析模型描述费米弧表面状态观察到的外尔半金属的最新研究。有效的两谷哈密顿量补充的边界条件，同时考虑到intravalley和intervalley界面的相互作用。我们证明，后者是至关重要的表面状态的形成具有与实验数据一致的形式。根据谷内和谷间相互作用的大小和相互作用，费米弧连接两个附近或遥远的山谷。此外，额外的费米轮廓（不与韦尔点相交的闭合曲线）的出现可以用最简单的四谷近似来理解。这些结果为寻找外尔半金属在外场作用下的新效应提供了可能。
2017-02-26 cond-mat.mes-hall
Quasiparticle Interference Evidence of the Topological Fermi Arc States in Chiral Fermionic Semimetal CoSi
固态手征费米子的特征是“费米弧”状态，连接体手征节点的表面投影。表面费米弧是非平凡体拓扑的特征。在CoSi中，理论上提出了具有贯穿整个布里渊区的广泛费米弧的非常规手征费米子。在这里，我们使用扫描隧道显微镜/光谱研究在不同终端的CoSi单晶的准粒子干涉。所观察到的表面态表现出手征费米子起源的特性。它们位于（001）和（011）而不是（111）表面，具有π旋转对称性，能量螺旋，并在约-200至约+400 mV的宽能量范围内分散。由于高能量和高空间分辨率，确定了高达~80 mV的自旋-轨道耦合诱导分裂。我们的观测结果得到了密度泛函理论的证实，并提供了强有力的证据，CoSi主机的非常规手征费米子和广泛的费米弧状态。
2020-02-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electric field manipulation of surface states in topological semimetals
我们研究了在拓扑半金属薄膜上垂直施加电场的后果。特别是，我们认为外尔和狄拉克半金属的配置，使他们的表面费米弧位于相对的边缘的薄膜。我们开发了一个基于微扰理论和单面近似的分析方法，我们比较我们的分析结果与数值计算。电场对色散的影响是双重的：它改变了色散关系并使费米速度重新归一化，这反过来又会对量子输运测量产生直接影响。此外，它还改变了表面态的空间衰减特性，这将影响窄薄膜相对侧的费米弧的连接。
2019-10-17 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
Observation of surface states derived from topological Fermi arcs in the Weyl semimetal NbP
最近在TaAs中发现的Weyl半金属提供了自然界中Weyl费米子的第一次观察，并展示了一种由费米弧组成的新型异常表面态能带结构。到目前为止，工作主要集中在具有强自旋轨道耦合（SOC）的Weyl半金属上。然而，具有弱SOC的Weyl半金属可以允许用于器件应用的可调谐自旋分裂，并且可以表现出到无自旋拓扑相的交叉，例如在无自旋TaAs的情况下的狄拉克线半金属。NbP与TaAs同构，在弱SOC极限下可实现第一Weyl半金属，本文利用角分辨光电子能谱（ARPES）研究了NbP的表面态，发现仅根据实验数据，我们发现了$\textit{cannot}$费米弧。我们用$\textit{ab initio}$方法计算了NbP的表面态，发现由于Weyl点太近，费米能级太低，无论是直接测量费米弧还是计算闭合路径上边缘模的手征度，都不能显示费米弧，尽管如此，我们的实验数据和数值计算结果之间的良好一致性表明NbP是Weyl半金属，与TaAs一致，并且我们观察到从费米能级以上的拓扑费米弧连续演化的平凡表面态。基于这些结果，我们提出了一个稍微不同的费米弧判据，与上面的（1）和（2）不同，它不需要我们解析外尔点或表面态的自旋分裂。我们建议，提高费米能级的$> 20$毫电子伏将有可能观察到费米弧使用此标准在NbP。我们的工作提供了深入了解Weyl半金属与弱自旋轨道耦合，以及交叉从自旋拓扑Weyl半金属的无自旋拓扑狄…
2015-09-24 cond-mat.mes-hall
Magnetic Breakdown and Chiral Magnetic Effect at Weyl-Semimetal Tunnel Junctions
本文研究Weyl半金属界面Fermi弧的同手性连接对磁输运的影响，发现纵向磁场下产生每磁通量子e²/h的普适纵向磁导，并揭示弱隧道耦合引发的磁击穿导致高场下电导饱和。
2023-02-20 cond-mat.mes-hall
Chiral Topological Semimetal with Multifold Band Crossings and Long Fermi arcs
具有手征结构晶体中的拓扑半金属（由于缺乏镜像和反转对称性而具有旋向性）被期望显示出许多奇异的物理现象，包括具有大拓扑电荷的费米激发[1]、长费米弧表面态[2，3]、不寻常的磁输运[4]和晶格动力学[5]，以及对圆偏振光的量子化响应[6]。迄今为止，所有实验证实的拓扑半金属都存在于包含镜像操作的晶体中，这意味着这些性质不会出现。在这里，我们表明，AlPt是一个结构手性拓扑半金属，主机新的四重和六重费米子，这可以被看作是一个更高的自旋广义外尔费米子没有等价的基本粒子物理。这些多重费米子位于高对称点，并且具有比外尔半金属更大的陈数，从而导致多个费米弧跨越表面布里渊区的整个对角线。通过对这些长费米弧进行成像，我们通过实验确定了它们的陈数的大小和符号，使我们能够将它们的色散与它们的宿主晶体的手性联系起来。
2020-03-25 cond-mat.mes-hall
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
Discovery of Dirac Node Arcs in PtSn4
在拓扑量子材料中，导带和价带在动量空间中以点（狄拉克/外尔半金属）或直线（线节点半金属）连接。大量的研究表明，一些材料确实是狄拉克/外尔半金属。然而，仍然没有实验证实具有线节点的材料，其中狄拉克节点在动量空间中形成闭合回路。在这里，我们报告的发现一种新的拓扑结构-狄拉克节点弧-在磁致电阻材料PtSn 4使用基于激光的角度分辨光电子能谱（ARPES）数据和密度泛函理论（DFT）计算。与线节点的闭环不同，狄拉克节点弧结构类似于石墨烯中的狄拉克色散，其在动量空间中沿一维延伸并由两端的带隙限制。我们认为，这种狄拉克节点弧结构是一种新的拓扑状态，为研究狄拉克费米子的奇异性质提供了一个新的平台。
2016-03-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Fermi arcs and DC transport in nanowires of Dirac and Weyl semimetals
研究了Dirac和Weyl半金属圆柱纳米线的输运性质和电子态，特别关注了表面费米弧的结构和性质。后者使纳米线中的电荷和电流密度分布强烈不均匀，因为大部分电荷密度积聚在表面。结果表明，外尔半金属线也支持磁化电流主要集中在表面，因为费米弧的贡献。通过使用久保线性响应方法，直流（DC）电导率的计算，发现它的空间分布是非平凡的。通过明确分离的表面和体状态的贡献，它表明，当电化学势和/或线的半径是小的，电子输运主要由费米弧和电导率是在表面比在体高得多。由于表面-体相转变速率的增加，表面态对总电导率的相对贡献随着化学势的增加而逐渐减小。此外，当费米能级穿过表面态的能量时，表面处的DC电导率表现出明显的峰值。
2020-02-21 cond-mat.mes-hall
Experimental observation of topological Fermi arcs in type-II Weyl semimetal MoTe2
外尔半金属是一种新的物质量子态[1-12]，它拥有最初在高能物理中引入的相对论外尔费米子[13]的凝聚态物理对应物。在TaAs类中实现的Weyl半金属具有由拓扑表面态产生的多个费米弧[10，11，14-16]，并表现出新颖的量子现象，例如，手征反常引起负磁电阻[17-19]和可能的超对称性[20]。最近有人从理论上提出，一种新的类型（第二类）的外尔费米子[21]，由于洛伦兹不变性的破坏，在高能物理中没有对应的，可以作为电子和空穴口袋之间的拓扑保护接触出现。在这里，我们报告了预测的II型外尔半金属MoTe 2中拓扑费米弧的直接光谱证据[22-24]。拓扑表面态的确认直接观察表面状态，使用体和表面敏感的角分辨光电子能谱（ARPES），和准粒子干涉（QPI）模式之间的两个假定的费米弧在扫描隧道显微镜（STM）。我们的工作确立了MoTe 2作为第一个实验实现的II型外尔半金属，并开辟了新的机会，探索新的现象，如外来磁输运[21]在II型外尔半金属。
2016-07-31 cond-mat.mes-hall
Conductance oscillation in surface junctions of Weyl semimetals
费米弧表面态是外尔半金属中体-边对应的表现形式，引起了人们极大的研究兴趣。与传统的费米环不同，不连续费米弧为探索外尔半金属表面的新物理效应提供了一个奇异的二维系统。在此，我们提出在具有一对费米弧的外尔半金属表面上制作的平面结中可以实现可见的电导振荡。结果表明，二维结内的Fabry-Pérot型干涉可以产生电导振荡，其可见性强烈依赖于费米弧的形状及其相对于条形电极的取向，后者清楚地揭示了费米弧的各向异性。此外，我们表明，振荡图案的可见性可以显着增强的磁场垂直于表面利用体表面连接外尔轨道。我们的工作提供了一个有效的方法来识别费米弧表面状态通过运输测量和预测的Weyl半金属表面作为一个新的平台，实现二维电导振荡。
2021-09-02 cond-mat.mes-hall
Global topology of Weyl semimetals and Fermi arcs
我们提供了一个明显的拓扑分类方案广义外尔半金属，在任何空间维度和任意外尔表面，可能是非平凡的联系。这种分类自然包含了陈式绝缘体的分类。我们的分析细化，在数学上精确的意义上，一些著名的三维结构，占微妙的，但重要的全球方面的拓扑结构的半金属。使用基本的局部性原理，我们推导出一个广义的电荷抵消条件的外尔表面组件。我们分析了对偶变换下的体积边界对应，这揭示了明确的拓扑性质所产生的表面费米弧。我们还分析了移动Weyl点对体积和边界拓扑半金属不变量的影响。
2018-06-21 cond-mat.mes-hall hep-th math-ph
Andreev Reflection in Fermi Arc Surface States of Weyl Semimetals
费米弧表面态是外尔半金属的标志，其识别通常受到与无隙体态共存的挑战。通过在样品边界上制造装置的表面输运测量为这个问题提供了一个自然的解决方案。在这里，我们研究了平面正常金属超导结的外尔半金属表面上的一对费米弧的Andreev反射（AR）。对于守恒的横动量，正常反射的发生取决于费米弧和结法线之间的相对取向，这是费米弧断开的直接结果。因此，从抑制到完美的AR的交叉发生与不同的平面结的取向，从而引起从双峰到平台结构的电导谱的变化。此外，这种交叉可以通过施加磁场来促进，使电子沿着费米弧滑动，以便在AR的两种状态之间切换。我们的研究结果提供了一个决定性的签名费米弧的检测和开放的可能性，探索新的现象，通过它们与超导性的相互作用。
2021-08-26 cond-mat.mes-hall
Surface-switchable nonreciprocity protected by Fermi arcs in Weyl semimetal TaAs
RIKEN Center for Emergent Matter Science（理化学研究所凝聚物质科学中心）；Institute of Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院物理研究所）；RIKEN Pioneering Research Institute（理化学所先锋研究本部）；Wuhan National High Magnetic Field Center and School of Physics, Huazhong University of Science and Technology（华中科技大学物理学院及武汉国家高磁场科学中心）；Department of Applied Physics, University of Tokyo（东京大学应用物理系）；Quantum-Phase Electronics Center, University of Tokyo（东京大学量子相电子研究中心）；RIKEN Fundamental Science Program（理化学所基础科学项目）
通过非线性输运测量，在Weyl半金属TaAs中证实了费米弧的手性，并发现其产生拓扑保护的大三阶非互易响应，实现了表面可切换的非线性效应。
2026-06-17 cond-mat.mes-hall
Signatures of Weyl semimetals in quasiparticle interference
杂质作为原位探针的非平凡的电子结构，导致实空间调制的状态密度在样品表面上的扫描隧道光谱检测。我们表明，Weyl半金属的独特的拓扑特征可以揭示在这个地图的傅立叶变换，解释准粒子干涉（QPI）。我们开发了一个确切的格林函数形式主义，并将其应用到广义模型的外尔半金属与明确的表面。提升狄拉克节点简并度以产生三维体Weyl相位的微扰类型决定了表面上出现的特定QPI签名。QPI费米弧可能会出现，也可能不会出现，这取决于相对表面取向和量子干涉效应。线节点产生由偏置电压控制的宽度的管投影。我们认为晶体翘曲的影响，区分色散arclike功能从真正的费米弧。最后，我们证明了常用的联合态密度方法定性失败，不能描述QPI消光。
2016-01-26 cond-mat.mes-hall
Scattering theory of the chiral magnetic effect in a Weyl semimetal: Interplay of bulk Weyl cones and surface Fermi arcs
我们建立了有限Weyl半金属中手征磁效应的线性响应理论，用Weyl费米子在费米能级上的散射矩阵表示慢振荡磁场$B$或手征化学势$μ$诱导的电流密度$j$.在$δj/δμ$的无限系统极限中，表面传导可以忽略，但对$δj/δB$则不然：无论系统有多大，手性循环的表面费米弧对体外尔锥的贡献都相当，因为它们的数量较少，但通量灵敏度增加。费米弧对$μ^{-1}δj/δB$的贡献具有普适值$(e/h)^2$，受到手性的保护，不受杂质散射的影响-不像相反符号的体贡献。
2016-03-30 cond-mat.mes-hall
Magnetotransport and internodal tunnelling in Weyl semimetals
Weyl半金属中准粒子的节间动力学表现在流体力学、输运和热力学现象中，并且对于这些系统的潜在谷电子应用是必不可少的。在外部磁场中，节点之间的相干准粒子隧穿改变了准粒子色散，特别是在零朗道能级上打开了准粒子色散的缺口。我们研究磁输运在Weyl半金属考虑准粒子散射机制都受到这种差距和独立的。本文用微观方法计算了具有两个节点的无序Weyl半金属在强磁场中的电阻率，并证明了在很宽的磁场范围内，它具有很强的角度依赖性$ρ(η)\propto C_1+C_2 \cos^2η$，其中$η$是动量空间中磁场与节点间距之间的夹角.第一项由相干节间隧穿确定，并且仅在接近$π/2$的角度$η$处重要。该贡献指数地取决于磁场$\propto \exp\left(-B_0/B\right)$。第二项弱依赖于磁场，用于宽场间隔中杂质的实际浓度。
2020-05-16 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Surface Green's functions and quasiparticle interference in Weyl semimetals
我们使用精确的分析技术中介绍的物理修订B 101，115405恢复表面格林函数和相应的费米弧表面状态的各种晶格模型的Weyl半金属。对于这些模型，我们使用的T-矩阵形式主义来计算杂质散射的存在下产生的准粒子干涉图案。特别是，我们认为在物理修订版B 93，041109（R）（A）和物理修订版快报介绍的模型。119，076801（B），我们发现，与先前通过联合态密度和自旋相关散射概率获得的观察相反，准粒子干涉特征中的弧间散射在模型A中被完全抑制，在模型B中非常小。我们的研究结果表明，这些模型可能无法正确描述MoTe 2等材料，因为对于此类材料，电弧间散射在实验中清晰可见，例如，12，1105-1110（2016）中。我们还专注于由McCormick等人在Phys.Rev.B95，075133中提出的极小模型，该模型确实恢复了显著的电弧间散射特征。
2020-05-12 cond-mat.mes-hall
Landau levels, Bardeen polynomials and Fermi arcs in Weyl semimetals: the who's who of the chiral anomaly
实现外尔费米子的凝聚态系统表现出惊人的现象，来自其拓扑保护的表面状态，以及由电磁场诱导的手征异常。最近，不均匀的应变或磁化被预测为导致手征电场$\mathbf{E}_5$和磁场$\mathbf{B}_5$，其用附加项修改和丰富手征异常。在这项工作中，我们开发了一种基于晶格的方法来描述手性异常，其中涉及朗道和伪朗道能级，并平等对待所有异常项，同时自然地将费米弧。我们通过物理解释费米弧在协变（费米能级）对异常的贡献中所起的很大程度上被忽视的作用，并重新审视协变和一致（完整带）对异常中的$\mathbf{E}_5\cdot\mathbf{B}_5$项的贡献之间的$1/3$差异因素，来验证其潜力。我们的框架提供了一个多功能的工具，在现实的晶格模型中的异常分析，以及一个简单的物理直观的来源，了解应变和磁化的非均匀外尔半金属。
2019-04-01 cond-mat.mes-hall
Emergent Weyl nodes and Fermi arcs in a Floquet Weyl semimetal
当狄拉克半金属受到圆偏振激光照射时，狄拉克锥分裂成两个外尔节点，并产生一种称为Floquet外尔半金属的非平衡瞬态。我们专注于以前未探索的低频制度，其中的上，下狄拉克带通过多光子过程，这是一个现实的情况下，在固态超快泵浦探测实验相互共振耦合。我们发现一系列新的Weyl节点出现成对的Floquet复制带彼此杂交时。Floquet Weyl半金属的性质与这些Weyl节点的数量、位置和电荷有关，可以随着光的振幅和频率高度调谐。我们利用布里渊-维格纳展开导出了一个有效的低能理论，并在立方晶格上进一步正则化了该理论。从低能哈密顿量中得到的费米电荷可以与我们在数值上发现的晶格上的费米弧的数目相一致。
2016-12-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
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
