Topological Metal MoP Nanowire for Interconnect
随着尺寸的减小，Cu互连的电阻不断增加，这是集成电路在7 nm技术节点之后继续缩小规模的主要挑战，因为它导致计算中不可接受的信号延迟和功耗。铜的电阻率增加，由于在纳米尺度下的互连的表面和晶界处的电子散射。拓扑半金属，由于其拓扑保护的表面状态和抑制电子背散射，是有前途的材料候选人，有可能取代目前的铜互连作为低电阻互连。在这里，我们报告有吸引力的拓扑金属钼磷纳米线的电阻率缩放，并表明电阻率值低于500 nm $^2$横截面面积的铜互连。更重要的是，我们证明了MoP纳米线的尺寸缩放，在线路电阻与总横截面积方面，优于有效的Cu和无阻挡层的Ru互连，这表明MoP是一个有吸引力的解决方案，目前的缩放挑战的Cu互连。
2022-08-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Algebraic and Geometric Mean Density of States in Topological Anderson Insulators
无序系统的代数平均态密度和几何平均态密度可以揭示电子局域化的性质。为了更好地理解二维无序拓扑相，我们计算了无序Bernevig-Hughes-Zhang模型的态密度。拓扑相位的特点是由一个完美的量子化的导电平台，进行螺旋边缘状态，在一个双端设置。在无序的存在下，拓扑相的主体是带绝缘体或安德森绝缘体。它们都可以保护边缘态不受后向散射的影响。根据代数平均态密度与几何平均态密度的比值，明确区分了拓扑相是拓扑带绝缘体还是拓扑Anderson绝缘体。计算表明，拓扑安德森绝缘体可以诱导从一个拓扑平凡的带绝缘体或拓扑非平凡的带绝缘体的无序。
2013-09-10 cond-mat.mes-hall
Z2 invariant protected bound states in topological insulators
本文给出了拓扑绝缘体中存在空穴或空位时的修正Dirac方程的精确解，证明了空位可以在拓扑绝缘体的带隙中引入束缚态.它们的产生是由于时间反转不变绝缘体的Z_2分类，因此也像量子自旋霍尔效应中的边缘态和三维拓扑绝缘体中的表面态一样受到拓扑保护。在拓扑绝缘体中，带隙束缚态与边缘态或表面态的共存表明，缺陷可能通过系统边界附近的附加束缚态影响拓扑绝缘体的输运性质.
2010-10-08 cond-mat.mes-hall
Axion Electrodynamics in Topological Insulators for beginners
讲义：介绍和讨论轴子电动力学的基础知识，并应用于计算位于普通绝缘体-拓扑绝缘体界面附近的电荷（或磁）产生的图像。
2022-12-02 cond-mat.mes-hall
Thin film of a topological insulator as a spin Hall insulator
利用Kubo公式研究了拓扑绝缘体薄膜表面态的自旋电导。膜的不同面之间的杂化在狄拉克点处打开了一个间隙。我们发现，在带隙区自旋电导率仍然是有限的。在带隙附近的无带隙区，自旋电导率增强。这些发现使得拓扑绝缘体薄膜成为自旋电子学应用的有前途的材料。
2020-12-30 cond-mat.mes-hall
Topological non-symmorphic crystalline insulators
在这项工作中，我们确定了一类新的Z2拓扑绝缘体保护的非对称晶体对称性，被称为“拓扑非对称晶体绝缘体”。我们构造了一个具有非对称空间群pmg的具体紧束缚模型，并通过计算拓扑表面态和定义Z2拓扑不变量来证实该模型的拓扑性质.基于投影表示理论，我们扩展我们的讨论，以其他非对称空间群，允许主机拓扑非对称晶体绝缘体。
2013-08-21 cond-mat.mes-hall
Hopf Insulators and Their Topologically Protected Surface States
三维（3D）拓扑绝缘体通常需要通过某些类型的对称性而不是假定的$U(1)$电荷守恒来保护。一个特殊的例外是霍普夫绝缘体，它是由整数霍普夫指数表征的3D拓扑绝缘体。为了证明Hopf绝缘体的存在性和物理相关性，我们构造了一类紧束缚模型哈密顿量，它实现了所有具有任意整数Hopf指数的Hopf绝缘体.这些霍普夫绝缘体相位拓扑保护的表面状态，我们数值证明了这些拓扑保护状态下的鲁棒性一般随机扰动没有任何对称性以外的$U(1)$电荷守恒是隐含在所有种类的拓扑绝缘体。
2013-11-18 cond-mat.mes-hall
Non-Hermitian non-Abelian topological insulators with $PT$ symmetry
研究了一类保持$PT$对称性的非厄米非阿贝尔拓扑绝缘体，其中非厄米项表示非互易跳跃。随着它的增加，在完全平带模型中发生了从实线带隙拓扑绝缘体到虚线带隙拓扑绝缘体的自发$PT$对称破缺跃迁。通过引入能带弯曲项，我们实现了两个相变，其中金属相出现在上述两个拓扑绝缘体相之间。本文讨论了非厄米非阿贝尔拓扑绝缘体的电路实现。我们发现，自发$PT$对称性破缺以及边缘态很好地观察到的阻抗共振。
2021-07-19 cond-mat.mes-hall
Transmission in graphene-topological insulator heterostructures
我们研究了三维时反不变拓扑绝缘体的拓扑表面态在石墨烯沉积于拓扑绝缘体表面时的散射。特别地，我们考虑了$_2$类拓扑绝缘体的（111）表面.我们提出了一个低能量模型的块状石墨烯-拓扑绝缘体异质结构，我们计算的传输概率在锯齿形和扶手椅边缘的沉积石墨烯，和通过石墨烯纳米势垒的电导，并表明其功能可以理解从反共振的传输概率。
2017-01-10 cond-mat.mes-hall
Topological Insulators,Weyl Semimetals and Topological Superconductors A Transport View
电子带根据其拓扑结构进行分类。我们计算了电子能带的连接和曲率，并表明物理性质是由拓扑不变量决定的，这相当于零模的存在。我们将这种方法应用于拓扑绝缘体和拓扑超导体。
2016-10-23 cond-mat.mes-hall
Hybrid-order topological insulators in a phononic crystal
拓扑相，包括传统的一阶和高阶拓扑绝缘体和半金属，已经成为凝聚态物理和材料科学领域的一个热门话题。通常，一个拓扑绝缘体的特征在于一个固定的顺序拓扑不变量，并表现出相关的体边界对应。在这里，我们实现了一种新型的拓扑绝缘体的双层声子晶体，同时主机的一阶和二阶拓扑，这里称为混合阶拓扑绝缘体。一维无带隙螺旋边态和零维角态共存于同一系统中。这种新的混合阶拓扑相位可能在拓扑声学器件中产生新的应用。
2020-12-29 cond-mat.mes-hall
Large unidirectional spin Hall and Rashba-Edelstein magnetoresistance in topological insulator/magnetic insulator heterostructures
由于其独特的对称性，单向自旋霍尔和Rashba-Edelstein磁阻（USRMR）是非常重要的基本和实际的利益，特别是在读取磁化状态的两端自旋轨道转矩开关存储器和逻辑器件的上下文中。最近的研究表明，拓扑绝缘体可以提高USRMR幅度。然而，迄今为止在此上下文中研究的拓扑绝缘体器件配置，即铁磁金属/拓扑绝缘体双层和磁性掺杂的拓扑绝缘体，分别受到金属层的电流分流和低居里温度的影响。在这里，我们报告了一种新的材料类别-磁性绝缘体/拓扑绝缘体双层异质结构中的大USRMR。这样的结构表现出USRMR是大约一个数量级大于迄今为止在全金属Ta/Co双层中报道的最高值。我们还演示了电流诱导的磁化切换辅助的奥斯特场，和电读出的USRMR，作为一个原型存储器设备。
2018-06-24 cond-mat.mes-hall
The hybrid-order topology of weak topological insulators
我们考虑弱拓扑绝缘体的双重旋转对称周围的黑暗的方向，并表明，这些系统可以被赋予的拓扑晶体结构的高阶拓扑绝缘体的旋转对称性保护。这些混合阶弱拓扑绝缘体在所有表面上显示表面狄拉克锥。平移对称性破缺扰动间隙的狄拉克锥的侧表面留下异常螺旋铰链模式。我们还证明了这种拓扑相的存在是由于量子自旋霍尔绝缘体的一个隐藏的晶体拓扑不变量，既不能通过对称性指标，也不能使用威尔逊圈不变量。考虑到最小的对称性要求，我们预计我们的研究结果可以适用于大量的弱拓扑绝缘体。
2020-08-03 cond-mat.mes-hall
Higher-Order Topological Insulator on a Martini Lattice and Its Square Root Descendant
平方根拓扑绝缘体的概念最近被推广到高阶拓扑绝缘体。在二维平方根高阶拓扑绝缘体中，带隙角态的出现继承自高阶拓扑的平方哈密顿量。在本文中，我们提出的马提尼晶格模型作为一个具体的例子，高阶拓扑绝缘体。此外，我们还提出了一种基于martini模型的平方根高阶拓扑绝缘体。具体地说，我们提出的蜂窝晶格模型与双位装饰，其平方哈密顿量由两个马提尼晶格模型，实现了平方根高阶拓扑绝缘体。我们表明，对于这两种模型，在间隙角态出现在有限的能量，它们是由非平凡的散装$\mathbb{Z}_3$拓扑不变量。
2023-02-22 cond-mat.mes-hall
Gate-tunable anomalous Hall effect in stacked van der Waals ferromagnetic insulator - topological insulator heterostructures
新的拓扑相，如量子反常霍尔绝缘体（QAHI）或轴子绝缘体的搜索，激发了不同的方案，将磁性引入拓扑绝缘体。一种方案是在拓扑绝缘体中引入铁磁掺杂剂。然而，这通常是具有挑战性的，并且需要仔细设计的生长/异质结构或相对较低的温度来观察QAHI，这是由于诸如铁磁掺杂剂增加的无序等问题。另一个有前途的方案是利用磁性绝缘体的磁邻近效应来磁化拓扑绝缘体。迄今为止，这些异质结构中的大多数是通过诸如分子束外延和金属有机化学气相沉积的生长技术合成的。由于生长条件和晶格失配的差异，这些不容易适用于允许混合和匹配许多可用的铁磁和拓扑绝缘体。在这里，我们证明了磁性邻近效应仍然可以通过干燥转移的剥离微米大小的薄片的范德华拓扑绝缘体和磁性绝缘体材料（BiSbTeSe 2/Cr2 Ge 2 Te 6）组装在堆叠的异质结构中获得，证明了在一个异常的霍尔效应（AHE）的观察。此外，当通过静电门控控制载流子密度时，由这些异质结构制成的器件可以允许AHE的调制。这些结果表明，磁性范德华材料的简单机械转移提供了另一种可能的途径，磁化拓扑绝缘体的磁邻近效应，一个关键的一步，进一步实现新的拓扑相，如QAHI和轴子绝缘体。
2022-06-27 cond-mat.mes-hall
Topological insulators on a Mobius Strip
研究了不可定向黎曼曲面Mobius带上的二维Chern绝缘体和自旋Hall绝缘体，其中通常的带结构拓扑不变量没有定义。我们表明，虽然流动模式的边缘电流可以检测的莫比乌斯带的扭曲的情况下，陈绝缘体，它不能这样做，自旋霍尔绝缘体。
2011-07-07 cond-mat.mes-hall
The topological Anderson insulator phase in the Kane-Mele model
有人提出，在拓扑平凡的碲化汞/碲化镉（HgTe/CdTe）量子阱中加入无序可以诱导跃迁到拓扑非平凡态。由此产生的状态被称为拓扑安德森绝缘体，并在Bernevig-Hughes-Zhang模型的计算机模拟中发现。在这里，我们表明，拓扑安德森绝缘体是一个更普遍的现象，也出现在蜂窝晶格上的拓扑绝缘体的凯恩-梅勒模型。我们数值研究了相关参数的相互作用，并建立了拓扑安德森绝缘体存在的参数范围。一个交错的亚晶格势原来是一个必要的条件，过渡到拓扑安德森绝缘体。对于足够弱的无序，计算的基础上的最低阶玻恩近似定量再现的数值数据。因此，我们的研究结果大大增加了拓扑安德森绝缘体相的候选材料的数量。
2016-04-06 cond-mat.mes-hall
Bulk-boundary correspondence of topological insulators from their Green's functions
拓扑绝缘体是一种无相互作用的、带隙的费米子系统，具有无隙的边界激发。它们的特点是拓扑不变量，可以用许多不同的方式来写，包括格林函数。在这里，我们表明，存在的边缘状态直接遵循的存在的拓扑不变量的格林函数，所有10类拓扑绝缘体在所有的空间维度。我们还表明，由此产生的边缘状态的特点是由自己的拓扑不变量，其值等于体绝缘体的拓扑不变量。这可以用于测试给定的模型哈密顿量是否可以描述拓扑绝缘体的边缘。最后，我们观察到，这里讨论的结果同样适用于相互作用的拓扑绝缘体，有一定的修改。
2011-08-25 cond-mat.mes-hall
Dirac-Electrons-Mediated Magnetic Proximity Effect in Topological Insulator / Magnetic Insulator Heterostructures
在拓扑绝缘体/磁性绝缘体异质结构中实现无耗散手征边缘电流的可能性是基于界面处的磁性邻近交换耦合由拓扑绝缘体的狄拉克表面态支配的条件。本文报道了用极化中子反射计观察到的体绝缘拓扑绝缘体（Bi $_{0.2}$ Sb $_{0.8}$）$_{2}$ Te $_{3}$ /磁性绝缘体EuS异质结构中的狄拉克电子介导的磁邻近效应。我们能够通过施加电背栅来将拓扑绝缘体的费米能级调谐到接近电荷中性点来最大化邻近感生磁性。基于抗磁屏蔽的唯象模型被发展来解释在高载流子密度下被抑制的邻近感生磁性。我们的工作为利用拓扑绝缘体/磁性绝缘体异质界面的磁邻近效应进行低功率自旋电子学应用铺平了道路。
2017-06-02 cond-mat.mes-hall
Embedded Topological Insulators
我们提出了一个推广的自由费米子拓扑绝缘体，是由不同维度的拓扑子系统。我们特别关注非零余维的拓扑子系统嵌入在一个平凡的绝缘环境。一个通用的程序来隔离和分类这样的嵌入式拓扑绝缘体，我们提出了三个代表性的例子，在不同的尺寸和对称类。此外，我们证明了与具体的例子，周期性嵌入的拓扑绝缘体的存在下，否则平凡的分类系统可以导致拓扑非平凡的物理现象的晶体缺陷，即，新颖的拓扑表面/边缘模式在堆垛层错和部分边缘位错。
2018-02-19 cond-mat.mes-hall
Non-uniform Spatial Distribution of Spin Polarization in Topological Insulator (Bi2Te3) Surface
通过对Bi 2 Te3拓扑绝缘体表面的微反射差光谱图像的广泛研究，我们发现了第一个明确的实验证据，表明在拓扑绝缘体表面存在非均匀的自旋极化空间分布（自旋畴）。这些自旋畴在不同的温度下，在外部磁场中，并且可以由电流驱动。迄今为止，拓扑绝缘体中的这种表面自旋畴从未被任何理论预言过。
2014-12-14 cond-mat.mes-hall
Topological switch between second-order topological insulators and topological crystalline insulators
研究了二阶拓扑绝缘体（SOTI）和拓扑晶体绝缘体（TCI）之间的拓扑开关。SOTI和TCI都受到镜像对称性和反演对称性的保护，为此我们定义了相同类型的体拓扑数。我们以正方形晶格上的正方形纳米盘和三角形晶格上的六边形纳米盘为例。当平行于其中一个螺旋边缘引入面内磁场时，系统变成TCI。沿边缘的电导以电导量子$e^2/h$为单位为1。当面内场旋转时，电导随着边缘态的带隙打开而减小。当它与对角线正交时，两个拓扑角态出现在它的顶点上，系统成为一个SOTI。当它变得平行于另一个边缘时，系统再次变成TCI，并且沿着原始边缘的电导变为0，但是沿着新的边缘变为1。这可以用作拓扑电路改变开关的基础。或者，该装置可以用作传感器，以10 nm的分辨率测量样品表面上的局部磁化。
2018-06-08 cond-mat.mes-hall
Marginal topological properties of graphene: a comparison with topological insulators
石墨烯体系和拓扑绝缘体的电子结构具有密切相关的特征，如量子化的Berry相和零能边缘态。这些类比的原因是，在这两个系统中有两个相关的轨道带，它们产生伪自旋自由度，并且，不太明显的是，石墨烯中的谷自由度与拓扑绝缘体中的电子自旋之间存在对应关系。尽管有相似之处，也有几个重要的区别，无论是体积拓扑性质和它们的影响的边缘状态-主要是由于谷和自旋之间的根本区别。考虑到它们独特的能带结构特征，带隙石墨烯系统应该被适当地表征为边缘拓扑绝缘体，区别于普通绝缘体或真正的拓扑绝缘体。
2012-08-20 cond-mat.mes-hall
Electronic and Topological Properties of a Topological Insulator Thin Film Sandwiched between Ferromagnetic Insulators
本文研究夹在两层铁磁绝缘体之间并受栅极电压调控的拓扑绝缘体薄膜，利用格林函数方法计算其自旋极化、反常霍尔效应和磁电阻，并证明通过调节栅压和磁化可实现向反常量子霍尔态的拓扑转变。
2023-09-16 cond-mat.mes-hall
Inverse participation ratio and localization in topological insulator phase transitions
由逆参与比（IPR）测量的哈密顿本征函数的波动可以表征发生在2D狄拉克材料（如硅烯）中的拓扑带绝缘体跃迁，硅烯与石墨烯是同构的，但具有较强的自旋轨道相互作用。利用IPR的单调特性，作为垂直电场（提供可调带隙）的函数，我们定义了拓扑绝缘体和带绝缘体相的拓扑量子数。
2016-10-12 cond-mat.mes-hall
Reflection symmetric second-order topological insulators and superconductors
二阶拓扑绝缘体是晶体绝缘体，具有带隙的本体和带隙的晶界，但是在两个边界的交叉处具有拓扑保护的无隙状态。在没有进一步空间对称性的情况下，Altland-Zirnbauer的十个对称类中有五个允许在二维和三维中存在这种二阶拓扑绝缘体。我们表明，反射对称性可以用来系统地产生二阶拓扑绝缘体和超导体的例子，虽然拓扑保护状态的角落（在二维）或晶体边缘（在三维）继续存在，如果反射对称性被打破。具有破缺时间反转对称性的三维二阶拓扑绝缘体的霍尔电导以$e^2/h$为单位量子化。
2017-10-27 cond-mat.mes-hall
Coupled-layer description of topological crystalline insulators
我们引入一个耦合层结构来描述三维拓扑晶体绝缘体的反射对称性保护。我们的方法使用堆叠的弱耦合二维陈氏绝缘体，以产生拓扑晶体绝缘体在一个更高的维度，可调的表面狄拉克锥的数量和位置。作为我们的形式主义的应用，我们转向拓扑晶体绝缘体SnTe的简化模型，显示其保护的表面状态可以使用耦合层结构来描述。
2016-09-25 cond-mat.mes-hall
Statistical Topological Insulators
我们定义了一类绝缘体的无隙表面状态保护本地化由于无序合奏的统计特性，即由于合奏的不变性在一定的对称性。我们表明，这些绝缘体是拓扑的，并保护由$\mathbb{Z}_2$不变。最后，我们证明了每一个拓扑绝缘体产生了无限多类的统计拓扑绝缘体在更高的维度。我们的结论得到了数值模拟的证实。
2014-04-22 cond-mat.mes-hall
Transport Properties of Topological Insulators Films and Nanowires
近几年来，人们对拓扑绝缘体的研究和认识发展迅速。本文在简要总结了拓扑绝缘体的发展历史后，重点介绍了拓扑绝缘体薄膜和纳米线输运实验的最新进展。一些量子现象，包括弱反局域化，Aharonov玻姆效应和Shubnikov de Haas振荡，在这些纳米结构中观察到的描述。此外，超导邻近效应的电子输运证据，以及在拓扑绝缘体/超导体混合结构的异常电阻增强包括在内。
2013-05-28 cond-mat.mes-hall
Higher-order topological Anderson insulators in quasicrystals
无序对周期系统高阶拓扑相的影响引起了人们的广泛关注。然而，在非周期系统，如准晶系统，无序和高阶拓扑结构之间的相互作用仍然不清楚。本文研究了二维Amman-Beenker镶嵌准晶晶格中无序对两种二阶拓扑绝缘体的影响，包括准晶四极绝缘体和改进的量子自旋霍尔绝缘体.我们证明了高阶拓扑绝缘体在两种模型中对弱无序都是鲁棒的。更引人注目的是，在两个模型中，在一定的无序强度区域发现了无序诱导的高阶拓扑绝缘体，称为高阶拓扑安德森绝缘体。我们的论文扩展了无序和高阶拓扑结构之间的相互作用的研究准晶系统。
2021-12-13 cond-mat.mes-hall
Tunneling magnetoresistance devices based on topological insulators: Ferromagnet/insulator/topological-insulator junctions employing Bi$_{2}$Se$_{3}$
本文从理论上研究了三维拓扑绝缘体Bi $_{2}$ Se $_{3}$的隧穿磁电阻（TMR）器件。基于Bi $_{2}$ Se $_{3}$的现实紧束缚模型进行理论计算。我们研究了利用Bi $_{2}$ Se $_{3}$的表面态的三维器件，以及利用薄Bi $_{2}$ Se $_{3}$条的边缘态的二维器件。我们证明了Bi $_{2}$ Se $_{3}$的材料性质允许在室温下的TMR比为1000%的量级。分析公式推导出，允许在这些设备中实现的TMR比的快速估计。该装置可用于测量自旋极化的拓扑表面状态作为替代自旋ARPES。与基于磁性隧道结的TMR器件不同，本器件避免使用其磁化需要被钉扎的第二铁磁电极。
2014-09-24 cond-mat.mes-hall
Bulk-boundary correspondence in three dimensional topological insulators
讨论了三维无相互作用拓扑绝缘体的体拓扑不变量与表面态谱的关系。通过研究特定的模型，并考虑一般的边界条件的电子波函数在晶体表面上，我们表明，使用实验技术，探测表面状态，只有强拓扑和平凡的绝缘相可以区分;后者的状态被等效为一个弱的拓扑绝缘体。在强拓扑绝缘体中，只有表面态数目的{ \it宇称}，而不是表面态数目本身，对时反不变边界扰动是鲁棒的。我们的研究结果表明，$\z$定义的体积边界对应，兼容的$\z$分类的拓扑绝缘体。
2011-08-10 cond-mat.mes-hall
Using Topological Insulator Proximity to Generate Perfectly Conducting Channels in Materials without Topological Protection
我们表明，混合结构的拓扑绝缘体和材料没有拓扑保护可以用来创建完美的导电通道托管在非拓扑部分。这些态继承了拓扑绝缘体附近的拓扑保护，但由于它们的扩展特性，对时间反演对称性破缺更脆弱。我们探讨他们的形成在模型混合系统的能带结构，以及现实的异质结构，涉及碲化汞/碲化镉为基础的二维拓扑绝缘体。使用数值量子输运计算的碲化汞/碲化镉材料系统，我们提出了两个实验设置，允许检测的诱导完美的导电通道，无论是在本地化和扩散制度，通过磁电导和散粒噪声。
2014-02-05 cond-mat.mes-hall
Disorder-induced metal-insulator transitions in three-dimensional topological insulators and superconductors
我们讨论了三维空间中无序对时反不变拓扑绝缘体和超导体的影响。对于辛（AII）对称类的三维拓扑绝缘体，利用转移矩阵方法计算了在无序和质量项存在下的相图，该质量项驱动平凡相和拓扑绝缘体相之间的转变.数值是由场论分析补充（大-$N_f$展开，其中$N_f$是谷或狄拉克锥的数量），从中我们得到的相关长度指数，和几个异常尺寸在一个非平凡的临界点分离金属相和狄拉克半金属。一个类似的场论的方法是在对称类AIII，CI和DIII的无序驱动的转变。对于这三个对称类，拓扑超导体的特点是整数拓扑不变的，一个互补的描述给出的非线性西格玛模型补充的拓扑项，这是一个三维模拟的Pruisken项的整数量子霍尔效应。
2011-09-13 cond-mat.mes-hall
Spin-plasmons in topological insulator
研究了三维强拓扑绝缘体表面螺旋电子液体中的集体等离子体激元激发。这些激发的性质和内部结构进行了研究。由于拓扑绝缘体表面上的螺旋液体中的自旋动量锁定，集体激发应该表现为耦合的电荷和自旋密度波。
2011-07-23 cond-mat.mes-hall
Topological crystalline insulator phase in graphene multilayers
虽然三维拓扑绝缘体的实验进展迅速，但二维拓扑绝缘体的发展相对缓慢，尽管它们具有技术前景。主要原因是迄今为止仅在半导体量子阱中实现二维拓扑绝缘体的材料挑战。在这里，我们确定了一种二维拓扑绝缘体的材料，不面临类似的挑战，这是目前最广泛的和良好的表征：石墨烯。对于某些相称的层间扭曲，石墨烯多层膜是具有相当大带隙的绝缘体。我们表明，他们是此外，在拓扑相保护晶体对称性。作为其基本特征，这种拓扑状态支持一维边界模式。它们形成低耗散的量子线，可以纯粹用静电来定义。
2013-09-06 cond-mat.mes-hall
Anti-higher-order topological insulators
International Center for Quantum Materials, School of Physics, Peking University（北京大学物理学院量子材料国际中心）；College of Physics, Hebei Normal University（河北师范大学物理学院）；Hefei National Laboratory（合肥国家实验室）
该研究提出反拓扑态作为拓扑态的对偶，以反高阶拓扑绝缘体为例，在特定双层陈绝缘体中演示其态分布反转特性，确立反拓扑学为拓扑研究新范式。
2026-09-02 cond-mat.mes-hall
Interface Metallic States between a Topological Insulator and a Ferromagnetic Insulator
采用三维两带模型研究了拓扑绝缘体与铁磁绝缘体界面的电子结构。在通常的铁磁绝缘体中，交换势远大于拓扑绝缘体的体隙尺寸，并且电子结构相对于费米能级是不对称的。在这种情况下，我们发现在垂直于结面的磁矩方向上会出现一些不寻常的金属态，这是Dirac点附近的二维有效模型所不能描述的.当磁矩在平行于平面的方向上时，狄拉克锥的数目变为偶数。紧束缚晶格上的数值模拟结果证实了解析计算的结论。
2012-04-25 cond-mat.mes-hall
Four-dimensional Floquet topological insulator with an emergent second Chern number
该研究针对高维时间周期驱动诱导的Floquet拓扑绝缘体研究空白，探究两种时间周期驱动下四维普通绝缘体的共振准能隙拓扑相变，发现驱动可使其转为具涌现第二陈数的四维Floquet拓扑绝缘体，且拓扑相可通过驱动参数调控。
2024-03-08 cond-mat.mes-hall
Acoustic realization of quadrupole topological insulators
四极拓扑绝缘体是一种具有非平凡四极量子化的高阶拓扑绝缘体，近年来得到了广泛的研究。然而，紧束缚模型提出的这种涌现拓扑绝缘体的要求，积极和消极的跳跃系数，这给实际实现带来了障碍。本文介绍了一种设计声学跳跃符号的可行方法，并构造了第一个严格模拟紧束缚模型的声学四极拓扑绝缘体。通过检测样品的体部、边缘和拐角处的声学响应，实验证实了固有的分级四极拓扑结构。可以预期的潜在应用的拓扑鲁棒的间隙状态，如声学传感和能量捕获。
2020-12-01 cond-mat.mes-hall
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
First-order quantum phase transition in three-dimensional topological band insulators
物质的拓扑状态的特征在于全局拓扑不变量，其在拓扑量子相变中改变其值。通常认为，只要系统的对称性保持不变，费米子的拓扑上不同的非相互作用带隙相位之间的转变必然伴随着带隙的关闭。我们表明，这样的量子相变是可能的，而不关闭的情况下的三维拓扑带绝缘体的间隙。我们证明了这一点，通过计算的自由能的极小模型的拓扑绝缘体，Bernevig-Hughes-Zhang模型，并表明，随着带曲率不断变化，带隙最小值对应的拓扑平凡和非平凡绝缘体之间的跳跃发生。因此，这种一阶相变是三维拓扑带绝缘体的一般特征。对于一定的参数范围内，我们预测的重入拓扑相变。我们讨论了我们的研究结果与最近的实验观察到的拓扑晶体绝缘体的拓扑相变在一个家庭的不连续。
2016-12-09 cond-mat.mes-hall
Circular photogalvanic effects in topological insulator/ferromagnet hybrid structures
我们用两种互补的实验方法研究了铁磁体/拓扑绝缘体界面的激光驱动自旋电流效应。研究了铁磁/拓扑绝缘体双层膜中的直流光电流。动态界面电流探索通过发射太赫兹辐射发射这些电流具有高的时间分辨率。从我们的实验中，我们揭示了铁磁体和拓扑绝缘体界面的横向和动态相互作用。
2022-02-03 cond-mat.mes-hall
Edge accumulation and currents of moment in 2D topological insulators
这封信分析了2D拓扑绝缘体边缘的体自旋（矩）电流和自旋（矩）积累，并考虑了边缘的反射。积累只发生在边缘状态，这将拓扑绝缘体与常规绝缘体区分开来。带连续可以支持横向体自旋（矩）电流，但它不受拓扑陈数，并可能存在于传统的绝缘体。没有与体电流相关的边缘积累。
2010-07-24 cond-mat.mes-hall
Pure spin current devices based on ferromagnetic topological insulators
二维拓扑绝缘体具有两个自旋方向相反的反向传播边缘通道。最近的实验进展允许创建铁磁拓扑绝缘体实现量子反常霍尔（QAH）状态。在QAH状态下，由于强铁磁交换场，两个边缘通道之一消失。本文通过数值输运计算研究了拓扑绝缘体和铁磁拓扑绝缘体的异质结构。我们表明，在这种异质结的自旋电流流动可以控制高保真度。具体来说，我们提出了自旋电子器件，能够创建，开关和检测纯自旋电流使用相同的技术。在这些器件中，电流被直接转换成自旋电流，从而允许高转换效率。能量独立的输运性质与某些拓扑绝缘体材料中的大块间隙组合可允许甚至在室温下操作。
2016-05-31 cond-mat.mes-hall
Surface Plasmons and Topological Insulators
我们研究了三维空间中拓扑平凡和拓扑非平凡的时间反演不变材料之间的界面上的表面等离子体。对于金属和拓扑绝缘体之间的界面，表面等离子体激元的磁极化被旋转出界面的平面;这种效应应该通过用偏振光激发表面等离子体激元来实验观察。更有趣的是，我们认为，同样的效果也实现了真空和掺杂的拓扑绝缘体与非零体载流子密度之间的接口。
2011-05-04 cond-mat.mes-hall
Classification of topological crystalline insulators based on representation theory
拓扑晶体绝缘体定义了一类新的拓扑绝缘体相，其具有由晶体对称性保护的无隙表面态。在这项工作中，我们提出了一个一般的理论来分类拓扑晶体绝缘体相的基础上表示理论的空间群。我们的方法是直接识别具有特定表面的半无限系统中可能的非平凡表面态，其对称性可以用17个二维空间群来描述。我们再现了现有的拓扑晶体绝缘体的结果，如$pm$或$pmm$组中的镜像陈绝缘体，$p4m$、$p31m$和$p6m$组中的$C_{nv}$拓扑绝缘体，以及$pg$和$pmg$组中的拓扑非对称晶体绝缘体。除了这些已有的结果外，我们还得到了以下新的结果：（1）存在两个整数镜像Chern数（$\mathbb{Z}^2$），但只有一个（$\mathbb{Z}$）在$cm$或$p3m1$组中对于无脊椎和脊椎病例;（2）对于$pmm$（$cmm$）群，在无自旋情况下没有拓扑分类，但有$\mathbb{Z}^4$（3）我们显示了$\mathbb{Z}^2$组中的拓扑结晶绝缘体相与$pm$组中的拓扑结晶绝缘体相的关系;（4）我们确定了$p4m$、$p31m$和$p6m$的拓扑分类;（5）在$pgg$和$p4g$群中也发现了拓扑非对称晶体绝缘体，与$pg$和$pmg$群相比，这些晶体绝缘体具有新的性质。我们强调了在某些特定的高对称动量的状态的不可约表示的拓扑结晶相的分类的重要性。我们的理论可以作为一个指导，在现实材料中的拓扑晶体绝缘体相…
2016-01-28 cond-mat.mes-hall
Appearance of hinge states in second-order topological insulators via the cutting procedure
近年来，二阶拓扑绝缘体作为一类新的拓扑绝缘体被提出。二阶拓扑绝缘体是一种具有带隙结构的材料，但在两个表面的相交处具有拓扑保护的无隙状态。这些无间隙状态被称为铰链状态。本文给出了当$\mathbb{Z}_{4}$拓扑指数$μ_{1}$为$μ_{1}=2$时，任何具有反演对称性和带隙面的A类绝缘体都具有铰链态的一般性证明.我们考虑一个三维绝缘体，其边界条件沿两个方向的变化，通过改变跨越边界的跳跃幅度。通过沿两个方向连续改变边界条件，研究了无带隙态的行为，揭示了无带隙态的行为是由$\mathbb{Z}_{4}$强拓扑指数决定的.从这个讨论中，我们表明，无隙态不可避免地出现在铰链的三维绝缘体与带隙表面的强拓扑指数为$\mathbb{Z}_{4}=2$和弱拓扑指数为$ν_{1}=ν_{2}=ν_{3}=0$。
2020-03-30 cond-mat.mes-hall
Geometrical engineering of a two-bands Chern insulator in two dimensions with arbitrary topological index
二维2带绝缘体破缺时间反演对称性可以呈现拓扑相位，其拓扑相位由称为陈数的拓扑不变量表示。在这里，我们首先提出了一个有效的程序来确定这个拓扑指数。这个工具允许在原则上设想2带哈密顿与任意陈数。我们应用我们的方法，逐步构建一个量子反常霍尔绝缘体（陈氏绝缘体），它可以通过五个拓扑相位调整由陈氏数{0，+/-1，+/-2}。在一个圆柱形的有限几何形状，这样的绝缘体，因此可以维持两个边缘状态，我们解析表征。从这个非平凡的陈氏绝缘体和它的时间反转副本，我们建立了一个量子自旋霍尔绝缘体，并显示如何与一个+/-2陈氏指数相产生平凡的Z2绝缘相。
2012-05-25 cond-mat.mes-hall
Topological Insulators
拓扑绝缘体是具有与普通绝缘体一样的体带隙的电子材料，但在其边缘或表面上具有受保护的导电状态。二维拓扑绝缘体是量子自旋霍尔绝缘体，它是整数量子霍尔态的近亲。三维拓扑绝缘体在其表面上支持新的自旋极化二维狄拉克费米子。在这篇学术讨论会文章中，我们将回顾这些电子态的理论基础，并描述最近观察到它们的签名的实验。我们将描述HgCdTe量子阱的传输实验，证明存在的边缘状态预测的量子自旋霍尔绝缘体。然后，我们将讨论实验Bi_{1-x} Sb_x，Bi_2 Se_3，Bi_2 Te_3和Sb_2 Te_3，建立这些材料作为三维拓扑绝缘体，并直接探测其表面态的拓扑结构。然后，我们将描述奇异的状态，可以发生在三维拓扑绝缘体的表面，由于诱导的能隙。磁隙导致一种新的量子霍尔态，引起拓扑磁电效应。超导能隙导致一种支持马约拉纳费米子的状态，并可能为实现拓扑量子计算的提议提供一个新的场所。最后，我们将讨论观察这些奇异状态的前景，以及拓扑绝缘体的其他潜在器件应用。
2010-11-09 cond-mat.mes-hall
Second-Order Topological Insulator in van der Waals Heterostructures of CoBr$_2$/Pt$_2$HgSe$_3$/CoBr$_2$
二阶拓扑绝缘体具有（d-2）维拓扑铰链或角态，在三维材料中已被观察到，但在二维系统中尚未观察到。本文从理论上提出了在CoBr $_2$ /Pt $_2$ HgSe $_3$ /CoBr $_2$的范德华异质结中实现二阶拓扑绝缘体的方法。Pt $_2$ HgSe $_3$是大带隙$\mathbb{Z}_2$拓扑绝缘体。与来自相邻的CoBr $_2$的面内交换场，大于70 meV的大的带隙打开的边缘。角状态，这是强大的边缘紊乱和不规则的形状，证实了在纳米片。我们进一步证明了二阶拓扑态也可以在硅铜矾族$\mathbb{Z}_2$拓扑绝缘体的异质结构中实现。我们相信，我们的工作将有利于实验实现二阶拓扑绝缘体在范德瓦尔斯层状材料。
2022-02-01 cond-mat.mes-hall
Realization of quasicrystalline quadrupole topological insulators in electrical circuits
四极拓扑绝缘体是一类新的具有量子化四极矩的拓扑绝缘体，它支持被保护的无隙角态。报道了四极拓扑绝缘体在一系列人工材料如光子晶体、声学晶体和电路中的实验演示。在所有这些情况下，底层结构具有离散平移对称性，因此是周期性的。在这里，我们实验上实现了二维非晶准晶四极拓扑绝缘体，通过构建它们的电路，并观察到光谱和空间局域角模。在测量中，模式出现在拐角阻抗谱的拓扑边界共振。此外，我们证明了电路上的拐角模式的鲁棒性。我们的电路设计可以扩展到研究高维非周期结构中的拓扑相位。
2021-04-12 cond-mat.mes-hall
Topological Semimetal-Insulator Quantum Phase Transition in Zintl Compounds Ba2X (X=Si, Ge)
通过第一性原理计算，我们发现Ba_2X（X=Si，Ge）在kx=0平面上具有一个节环的拓扑半金属相，当忽略自旋轨道耦合（SOC）时，这种拓扑半金属相受到滑移镜对称性的保护.在表面格林函数计算中，在（100）面上出现了相应的鼓面状表面平带。此外，还发现了拓扑-半金属-绝缘体转变（TSMIT），当SOC开启时，节线半金属将演化为拓扑绝缘体，在Gamma=0点附近出现拓扑保护的金属表面态，当应变超过3%时，这些金属表面态将被调谐为拓扑平凡绝缘体态.这些结果揭示了一类新的材料，表现出拓扑半金属和绝缘体之间的量子相变，并通过弹性应变工程可调谐。
2016-10-17 cond-mat.mes-hall
Anomalous Hall effects in magnetic weak topological insulator films
本文系统研究弱拓扑绝缘体薄膜中的铁磁、反铁磁和交变磁效应，揭示其可在无外磁场下产生多种反常霍尔效应，为探索弱拓扑绝缘体磁效应提供新见解。
2024-09-04 cond-mat.mes-hall
