Origin of the low critical observing temperature of the quantum anomalous Hall effect in V-doped (Bi, Sb)2Te3 film
W. Li, M. Claassen, Cui-Zu Chang, B. Moritz, T. Jia, C. Zhang, S. Rebec, J. J. Lee, M. Hashimoto, D. -H. Lu, R. G. Moore, J. S. Moodera, T. P. Devereaux, Z. -X. Shen
The experimental realization of the quantum anomalous Hall (QAH) effect in magnetically-doped (Bi, Sb)2Te3 films stands out as a landmark of modern condensed matter physics. However, ultra-low temperatures down to few tens of mK are needed to reach the quantization of Hall resistance, which is two orders of magnitude lower than the ferromagnetic phase transition temperature of the films. Here, we systematically study the band structure of V-doped (Bi, Sb)2Te3 thin films by angle-resolved photoemission spectroscopy (ARPES) and show unambiguously that the bulk valence band (BVB) maximum lies higher in energy than the surface state Dirac point. Our results demonstrate clear evidence that localization of BVB carriers plays an active role and can account for the temperature discrepancy.
Chromium-Doped Bismuth Antimony Telluride for Future Quantum Hall Resistance Standards
自2017年以来，外延石墨烯一直是美国电阻国家标准的基础材料。电学计量学内的研究的未来途径是消除对强磁场的需要，如当前对于表现出量子霍尔效应的器件的情况。量子霍尔效应只是围绕着最近的量子物理现象，如复合费米子，电荷密度波和拓扑性质[1-2]的许多研究工作之一。磁掺杂拓扑绝缘体（MTIs）等新材料提供了量子反常霍尔效应的途径，其理想形式可能成为未来的电阻标准，只需一个小的永磁体即可激活量子电阻值[3-5]。此外，这些设备可以在零场测量下工作，使欧姆的传播更加经济和便携。在这里，我们提出了精确测量的结果的h/e2量化平台的铬掺杂（BixSb 1-x）2 Te 3，并给他们的背景下，通过比较它们与现代石墨烯为基础的电阻标准。最终，基于MTI的设备可以与磁场厌恶约瑟夫森电压标准结合在一个系统中，以获得替代的量子电流标准。
Quantum Anomalous Hall Effect in Magnetic Doped Topological Insulators and Ferromagnetic Spin-Gapless Semiconductors -- A Perspective Review
量子反常霍尔效应是电子学/自旋电子学输运应用中的无耗散手征边缘态的标志，可以在具有大自旋轨道耦合和强内禀磁化的材料中实现。在Halfman开创性的提议之后，已经提出了几种模型来控制/增强自旋轨道耦合和内禀磁交换相互作用。本文在简要介绍了无脊椎费米子的Halfton模型之后，重点讨论了以下三种基本的量子反常Hall模型：（i）磁掺杂拓扑绝缘体（Bi，Sb）2 Te 3薄膜的低能有效四带模型，（ii）磁性吸附原子的石墨烯的四带紧束缚模型，和（iii）具有蜂窝（kagome）晶格的铁磁自旋无隙半导体的两（三）带自旋紧束缚模型，其中基态是本征铁磁的。这些模型涵盖了二维Dirac材料中的无自旋、有自旋和自旋简并的Dirac点，其中各种质量项打开带隙并导致量子反常霍尔效应。重点讨论了铁磁交换作用驱动的拓扑相变及其与自旋轨道耦合的相互作用，讨论了对质量项性质的各种对称性约束以及这些模型的具体化。我们希望这项研究将有助于阐明量子反常霍尔材料的基本理论观点。
Anomalous and Topological Hall effect in Cu doped Sb2Te3 Topological Insulator
在不同温度和不同磁场下对Sb_（1.90）Cu_（0.10）Te_3的磁输运和磁化强度进行了测量。在高场下的磁输运测量表明体态和表面态共存。磁化强度显示了Cu掺杂诱导的反铁磁有序，观察到的量子振荡表明，在Sb 1.90 Cu 0.10 Te 3的磁化强度是体属性。霍尔数据的非线性表明存在反常和拓扑霍尔效应。根据Cu掺杂Sb_2Te_3拓扑绝缘体的霍尔测量数据，对反常和拓扑霍尔效应（THE）进行了评价.
Topological Phase Transitions Induced by Disorder in Magnetically Doped (Bi, Sb)$_2$Te$_3$ Thin Films
利用大尺度输运模拟方法研究了磁掺杂（Bi，Sb）$_2$ Te $_3$薄膜中无序诱导的拓扑相变.在未掺杂和清洁的情况下，富相图除了与无序强度有关外，还与磁交换场、费米能级和初始拓扑状态密切相关。在非零交换场的初始平凡系统中，改变无序强度可以诱导从正常绝缘态到量子反常Hall态，然后是自旋-陈氏绝缘态，最后是安德森绝缘态的一系列跃迁。而对于最初具有拓扑结构的系统，可以诱导出类似的序列，但只能从量子反常霍尔态开始。通过改变费米能级，我们发现了一个类似的丰富的相图，包括从量子反常霍尔到自旋-陈绝缘态的跃迁，通过一个表现为量子反常霍尔和金属态的混合物的状态，类似于最近的实验报告。
Imaging short- and long-range magnetic order in a quantum anomalous Hall insulator
University of Basel（巴塞尔大学）；Swiss Nanoscience Institute, University of Basel（瑞士纳米科学研究所）；University of Tübingen（蒂宾根大学）；Universität Würzburg（维尔茨堡大学）；Institute for Topological Insulators（拓扑绝缘体研究所）
Study of the spin-pump-induced inverse spin-Hall effect in Bi doped n-type Si
实验观察到n型硅中导电电子在铋的自旋轨道势上散射时的逆自旋霍尔效应。硅层中的自旋电流是由沉积在掺杂磷和铋的Si层上的薄坡莫合金（Py）层中的铁磁共振期间的磁化进动的激发产生的。从沿[011]或[100]晶轴排列的不同Py/n-Si：Bi结构的直流电压的角度依赖性，我们能够区分平面霍尔效应（PHE）和ISHE贡献。对于与[011]晶轴对齐的结构，ISHE直流电压信号与sinθ* sin 2 θ乘积成比例，对于[100]晶轴对齐的结构，ISHE直流电压信号与sinθ* cos 2 θ乘积成比例。此外，对于与sin 2 θ依赖性相对应的角度，观察到PHE直流电压。这意味着，对于作为多谷半导体的硅，由于浅施主在n型材料中诱导的自旋轨道势引起的自旋散射取决于谷轴相对于磁场方向的取向。
Nonmagnetic-Doping Induced Quantum Anomalous Hall Effect in Topological Insulators
在磁掺杂拓扑绝缘体中实验观察到量子反常霍尔效应。然而，超低温（通常低于300 mK），这主要是由于不均匀的磁性掺杂，成为一个艰巨的挑战，潜在的应用。本文提出了一种\textit{nonmagnetic}掺杂策略，在拓扑绝缘体中产生铁磁性并实现QAHE。我们数值计算表明，磁矩可以诱导由氮或碳取代在Bi $_2$ Se $_3$，Bi $_2$ Te $_3$，和Sb $_2$ Te $_3$，但只有氮掺杂的Sb $_2$ Te $_3$表现出长程铁磁性和保持大的体带隙。我们进一步表明，其相应的薄膜可以在17-29开尔文的温度下窝藏QAHE，这比类似系统中的典型温度高两个数量级。我们提出的\textit{nonmagnetic}掺杂方案可能为拓扑绝缘体中高温QAHE的实验实现提供新的思路。
Systematics of electronic and magnetic properties in the transition metal doped Sb$_2$Te$_3$ quantum anomalous Hall platform
磁掺杂拓扑绝缘体中出现了量子反常霍尔效应。虽然它的一般现象学已经很好地建立起来，但微观起源远未得到正确的理解和控制。在这里，我们报告的过渡金属（TM）掺杂的Sb $_2$ Te $_3$的详细和系统的调查。通过将密度泛函理论（DFT）计算与补充实验技术相结合，即，扫描隧道显微镜（STM），共振光电子能谱（resPES）和X射线磁性圆二色性（XMCD），我们提供了一个完整的光谱表征的电子和磁性。我们的研究结果表明，TM掺杂剂不仅影响主体材料的磁性状态，而且还通过产生杂质衍生的能带来显著改变电子结构。我们的研究结果表明，存在一个微妙的电子和磁性之间的相互作用，在TM掺杂的TI。特别是，我们发现，拓扑表面状态的命运严重依赖于特定的字符的TM杂质：而V-和Fe掺杂的Sb $_2$ Te $_3$显示共振杂质状态的狄拉克点附近，铬和锰杂质离开的能隙不受影响。单离子磁各向异性能量和易磁化轴，控制磁隙开口和它的稳定性，也被发现是强烈TM杂质依赖性，可以从平面内到平面外的杂质和它的距离从表面而定。总体而言，我们的研究结果提供了一个强大的QAHE在TM掺杂的Sb $_2$ Te $_3$在铁磁状态下的实现的一般指导方针。
Fabrication of uniformly doped graphene quantum Hall arrays with multiple quantized resistance outputs
在这项工作中，从SiC上的外延石墨烯开发计量学上有用的阵列的限制因素被解除了厘米级，高质量的材料生长和超导接触的实施相结合。用于计量的标准装置已被限制为具有基于$ν$ = 2朗道能级的单个量化值输出。通过本文中具有同时可用的量化值的多个输出的设备的演示，这些多功能设备可以用于在全球范围内传播欧姆。这样的器件被设计为在三个数量级的范围内获得量化的电阻值，从低至约12.9 k $Ω$的标准值开始，到高达1.29 M $Ω$。几种实验方法用于评估设备的质量和多功能性，包括标准锁定技术和拉曼光谱。
GaAs delta-doped quantum wire superlattice characterization by quantum Hall effect and Shubnikov de Haas oscillations
通过量子阱超晶格（2D）中的受控位错滑移（原子锯方法）实现的量子线超晶格（1D）已经显示出磁声子振荡。这种效应已被用来研究这种系统的电子性质，并证明了量子特性的物理性质的线。通过冷却温度和使用高达35 T的脉冲磁场，我们观察到了量子霍尔效应（QHE）和Shubnikov de Haas（SdH）振荡的各种配置的磁场。由基场值导出的有效质量与由磁声子效应得到的有效质量是一致的。场的旋转会引起共振频率的变化，这是由于质量张量的改变，就像在（3D）电子气中一样。从QHE的观点来看，rho_yz中的平台相对于rho_zz最小值是退相的，这似乎与加宽的朗道能级的态密度最小值的退相有关。
