Several recent experiments on three-dimensional topological insulators claim to observe a large charge current-induced non-equilibrium ensemble spin polarization of electrons in the helical surface state. We present a comprehensive criticism of such claims, using both theory and experiment: First, we clarify the interpretation of quantities extracted from these measurements by deriving standard expressions from a Boltzmann transport equation approach in the relaxation-time approximation at zero and finite temperature to emphasize our assertion that, despite high in-plane spin projection, obtainable current-induced ensemble spin polarization is minuscule. Second, we use a simple experiment to demonstrate that magnetic field-dependent open-circuit voltage hysteresis (identical to those attributed to current-induced spin polarization in topological insulator surface states) can be generated in analogous devices where current is driven through thin films of a topologically-trivial metal. This result *ipso facto* discredits the naive interpretation of previous experiments with TIs, which were used to claim observation of helicity, i.e. spin-momentum locking in the topologically-protected surface state.
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。
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。
Controlling polarization at insulating surfaces: quasiparticle calculations for molecules adsorbed on insulator films
通过准粒子能量计算的G 0 W 0方法，我们显示了典型的绝缘体/半导体系统NaCl/Ge（001），在界面处的极化效应显着影响分子的激发光谱吸附在表面上的NaCl薄膜。可以通过改变膜的厚度来控制效应的大小，从而为调节例如分子电子学或量子输运中的电子激发提供新的机会。极化效应是可见的，即使是NaCl膜本身的激发光谱，这具有重要意义的解释绝缘体表面的表征的表面科学实验。
Lateral lattice coherence lengths in thin films of bismuth telluride topological insulators, with overview on polarization factors for X-ray dynamical diffraction in monochromator crystals
在文章“铋碲化物拓扑绝缘体的范德华外延中的缺陷动力学”（J. Phys. Chem. C 2019，123，24818-24825，doi：10.1021/acs.jpcc.9b05377）的支持信息文件中，开发或重新讨论了关于薄膜X射线衍射分析的几个主题。主要发展了一个简单的计算薄膜横向晶格相干长度的公式（部分S4 -薄膜中的横向晶格相干长度），而单色晶体中的X射线动态衍射模拟则是一个有趣的综述，它揭示了$π$和$σ$偏振分量之间的比率如何受到衍射是在运动学还是动态状态下发生的影响（第S3节-极化系数）。
Photoelectron spin-polarization-control in the topological insulator Bi2Se3
我们利用自旋和角度分辨光电子能谱研究了Bi $_2$ Se $_3$中光电子自旋极化的调控。一般规则的建立，使控制通过光偏振，样品取向，光子能量的光发射电子的自旋极化。我们证明了$\pm$ 100%逆转的一个单一的组件时，光偏振的旋转，以及一个完整的三维操纵不同的实验配置和光子能量的测量自旋偏振矢量。虽然材料特定的密度泛函理论分析是必要的定量描述，一个最小的两个原子层模型定性占自旋响应的基础上的相互作用的光学选择规则，光电子干涉，和拓扑表面状态复杂的结构。因此，光电子自旋极化控制一般是可实现的系统与层相关的，纠缠的自旋轨道纹理。
Generating ferro-spinetic polarizations in altermagnetic insulators
Institute for Theoretical Solid State Physics, IFW Dresden（德累斯顿工业大学理论固态物理研究所）；Würzburg-Dresden Cluster of Excellence ct.qmat（维尔茨堡-德累斯顿卓越集群 ct.qmat）；Centro Atómico Bariloche, Instituto de Nanociencia y Nanotecnología and Instituto Balseiro（巴里洛切原子中心、纳米科学与纳米技术研究所和巴尔塞罗研究所）；CNR-SPIN, Department of Physical and Chemical Sciences, University of L’Aquila（拉奎拉大学物理与化学科学系意大利国家研究委员会自旋物理研究所）；Institut für Theoretische Physik und Astrophysik, Universität Würzburg（维尔茨堡大学理论物理与天体物理研究所）
Widespread spin polarization effects in photoemission from topological insulators
利用新近研制的高效光谱仪对三维拓扑绝缘体Bi $_2$ Se $_3$进行了高分辨自旋和角度分辨光电子能谱（spin-ARPES）研究。观察到拓扑表面态的螺旋自旋结构，与理论预测一致。自旋纹理的两个手征，在狄拉克点以上和以下的能量，观察到的自旋结构被发现在室温下持续。测量结果揭示了额外的意想不到的自旋极化效应，这也源于自旋-轨道相互作用，但通过对比动量和光子能量以及极化依赖性与拓扑物理学有很好的区别。这些观测结果表明，光电子和准粒子自旋极化的显着偏差。我们的研究结果说明了固有的复杂性自旋分辨ARPES和解释实验结果的关键考虑因素。
Room Temperature Electrical Detection of Spin Polarized Currents in Topological Insulators
拓扑绝缘体（TI）是一类新型量子材料，在表面态表现出无质量狄拉克费米子的自旋动量锁定（SML）。通常的光学方法，如角度和自旋分辨光电子能谱，已被用来观察螺旋自旋极化的表面态的三维（3D）TI到室温。最近，自旋极化的表面电流在3D TI检测的电气方法使用铁磁（FM）接触在横向自旋阀测量几何。然而，迄今为止，用这种电学方法探测自旋织构仅限于125K以下的温度，这限制了其应用潜力。在这里，我们展示了室温下的电检测的自旋极化的表面上的Bi $_2$ Se $_3$由于SML通过采用自旋敏感FM隧道接触。在Bi $_2$ Se $_3$表面上的电流诱导自旋极化在室温下通过测量自旋阀信号同时切换FM检测器的磁化方向来探测。自旋信号随电流偏置线性增加，与电流方向相反的符号，表现出弱的温度依赖性，并随着TI厚度的增加而减小，理论预测。我们的结果证明了3D TI表面上自旋极化的电检测，这可能会导致环境温度下创新的基于自旋的量子信息技术。
Polarization fluctuations in insulators and metals: New and old theories merge
极化P的基态涨落在绝缘体中是有限的，而在金属中是发散的，这是由于SWM求和规则[I]。Souza，T. Wilkens和R. M. Martin，Phys.Rev.B62，1666（2000）]。这是周期性（即横向）BC的优点。我表明，在任何其他边界条件下的P波动是有限的，甚至在金属，和一个广义的总和规则适用。边界条件依赖是一个纯粹的相关效应，不存在于独立粒子水平。在纵向的情况下，div P = -ρ，和一个等效地址的电荷波动：广义求和规则，然后减少到一个众所周知的多体理论的结果。
Spin-polarization of topological crystalline and normal insulator Pb$_{1-x}$Sn$_x$Se (111) epilayers probed by photoelectron spectroscopy
拓扑晶体绝缘体（TCI）表面的螺旋自旋织构使得这些材料在自旋电子学中的应用具有吸引力。本文利用角分辨光电子能谱（SR-ARPES）和自旋分辨光电子能谱（SR-ARPES）研究了（111）取向Pb $_{1-x}$ Sn $_x$ Se TCI外延膜的自旋极化和表面态电子结构。采用分子束外延（MBE）方法生长了不同Sn含量的高质量外延层。拓扑正常的绝缘体转变表现为带隙开放观察。结果表明，不仅可以通过改变外延层的Sn含量，而且还可以通过在其表面上沉积过渡金属（TM）来诱导间隙打开。在后一种情况下，所观察到的表面状态的缺口是由表面组成的变化，而不是由磁性。我们还表明，螺旋自旋极化不仅存在于拓扑组成的样品，但也为平凡的（具有开放的带隙）。所观察到的自旋极化达到30%的值的面内自旋分量，几乎不存在的面外的。我们相信，我们的工作将铺平道路的应用不仅拓扑，而且正常的铅锡硫族化合物的绝缘体的表面态的自旋电荷转换器件。
Electronic Structure of the Topological Insulator Bi2Se3 Using Angle-Resolved Photoemission Spectroscopy: Evidence for a Nearly Full Surface Spin Polarization
我们进行了高分辨率的自旋和角度分辨光电子能谱研究的电子结构和自旋织构的Bi $_2$ Se $_3$，一个模型拓扑绝缘体的表面。通过调节光子能量，我们发现在体布里渊区的$k_z=Z$平面附近，拓扑表面态与体态有很好的分离。该区域的自旋分辨测量表明表面态$\sim 0.75$的自旋极化程度非常高，远高于先前报道的。我们的研究结果表明，在Bi $_2$ Se $_3$上的拓扑表面态是高度自旋极化的，并且限制极化的主导因素主要是外在的。
Correlated topological-polarization surface states in the narrow-gap insulator FeSb2
The University of Tokyo（东京大学）；Tohoku University（东北大学）；Japan Synchrotron Radiation Research Institute (JASRI)（日本同步辐射研究所）；RIKEN Center for Emergent Matter Science（理化学研究所 涌现物质科学中心）
Twist-resilient and robust ferroelectric quantum spin Hall insulators driven by van der Waals interactions
量子自旋霍尔绝缘体（QSHI）已经被提出来为许多应用提供动力，其中许多应用依赖于打开和关闭非平凡拓扑的可能性。通常，这种控制通过应变或外部电场来实现，这需要维持能量消耗。相反，如果相反的极化状态与不同的拓扑相关联，则非挥发性机制将是非常有益的，并且可以通过铁电性来实现。虽然这在两个极化状态通过反转相关的单个铁电材料中是不可能的，但是可以通过将铁电层与另一个二维（2D）平凡绝缘体组合来引入必要的不对称性。在这里，通过第一性原理模拟，我们不仅提出，这是一个很有前途的战略，工程师的非易失性铁电控制的拓扑结构在2D异质结构，而且效果是强大的，可以生存到室温下，无论层之间的弱范德华耦合。我们通过考虑由众所周知的铁电材料In $_2$ Se $_3$和适当选择的容易剥离的平凡绝缘体CuI制成的异质结构来说明总体思路。在一个偏振态下，系统是平凡的，而当偏振反转时，它变成具有鲁棒带隙的QSHI。值得注意的是，拓扑带隙是由层间杂化介导的，并允许最大化层内自旋轨道耦合的效果，促进了一个强大的铁电拓扑相，它不可能存在于单层材料中，并且对层间的相对取向和晶格匹配有弹性。
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。
Realizing Giant Magneto-Optical Effects in 3D Topological Insulators Without Magnetic Fields
拓扑绝缘体由于表面电子态的螺旋性质而显示出不寻常的光-物质相互作用。研究了光纤中光与三维拓扑绝缘体Sb 2 Te 3晶体的近场相互作用，观察到了较大的法拉第旋转。光纤中这种意想不到的偏振旋转的起源归因于TI-光纤界面处的磁光克尔效应。我们表明，时间反演对称性破缺，这是由于塞曼耦合的电磁场与TI的表面电子，和反转对称性破缺的光激发，这是由于指数衰减的倏逝光在TI晶体，实现这一巨大的偏振旋转的综合效应。我们的工作展示了一个简单的方法，实现大的磁光效应，没有任何磁场，利用独特的物理轻物质相互作用在TI表面。
