Hall plateaus at magic angles in bismuth beyond the quantum limit
我们提出了一个研究的电阻率张量的角度依赖性高达35 T元素铋补充扭矩磁力测量在类似的配置。对于至少两个特定的磁场方向偏离三角轴几度，霍尔电阻率被发现在有限场窗口中的实验分辨率内变得与场无关，所述有限场窗口对应于大约是量子振荡频率的三倍的场。当磁场偏离这些魔角时，霍尔平台迅速消失。我们确定了这些特定方向的两个不同的特殊性，这可能会在霍尔高原的出现中发挥作用。
2009-02-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Observation of inverse spin Hall effect in bismuth selenide
硒化铋（Bi 2 Se 3）是一种具有螺旋自旋极化和强自旋轨道耦合的拓扑绝缘体。自旋-轨道耦合通过自旋霍尔效应（SHE）将电荷流与自旋流联系起来。我们展示了一个Bi 2Se 3自旋探测器，通过注入纯自旋电流从一个磁性坡莫合金层到Bi 2Se 3薄膜和检测的反SHE在Bi 2Se 3。室温下Bi_2Se_3的自旋霍尔角为0.0093，自旋扩散长度为6.2nm。我们的研究结果表明，具有强自旋轨道耦合的拓扑绝缘体可以用于功能自旋电子器件。
2014-10-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Doubled Quantum Spin Hall Effect with High-Spin Chern Number in $α$-Antimonene and $α$-Bismuthene
量子自旋霍尔效应的发现点燃了拓扑物理学领域的热情，带来了各种奇异的性质。在这里，我们提出了双量子自旋霍尔效应的出现在二维表征与一个高自旋陈数${\mathcal C_S}=2$和两对螺旋边缘状态。尽管在拓扑量子化学和对称性指示剂理论中被忽视和不可见，但已经实验合成的$α$ -锑烯和$α$ -铋烯被揭示为预测拓扑状态的现实材料候选者，并且在一般的$k$ -点而不是高对称性动量处出现带反转。值得注意的是，$α$ -铋烯的非平凡能隙可以大到464 meV，这表明在室温下观察到量子自旋加倍霍尔效应的可能性很高。此外，一个四带有效模型的构建，以证明进一步实现这种类型的非平凡拓扑结构的可行性。我们的研究结果不仅揭示了锑和铋的一个新的拓扑特征，但也将促进以前被忽视的隐藏拓扑的实验表征。
2022-02-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Topological Hall effect in bulk ferromagnet Cr$_2$Te$_3$ embedded with black-phosphorus-like bismuth nanosheets
我们采用分子束外延方法将黑磷状铋纳米片嵌入到块体铁磁体Cr $_2$ Te $_3$中。作为一种典型的表面活性剂，铋降低了表面张力，并介导了Cr $_2$ Te $_3$的逐层生长。同时，铋原子沉淀成横向尺寸为几十纳米的黑磷状纳米片。在Cr $_2$ Te $_3$嵌入Bi纳米片，我们同时观察到一个大的拓扑霍尔效应连同磁化率平台和磁阻异常。作为对照实验，在原始Cr $_2$ Te $_3$样品中没有观察到这些信号。因此，Bi纳米片充当由植入到Cr $_2$ Te $_3$中的非共面磁性织构诱导的拓扑霍尔效应的种子。我们的实验证明了一种通过在传统铁磁体中植入强自旋轨道耦合来产生大拓扑霍尔效应的新方法，这在自旋电子学中可能具有潜在的应用。
2019-03-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Magnetic Moment vs Angular Momentum: Spin Hall Response in Bismuth
Saitama University（埼玉大学）；Tokyo Institute of Technology（东京工业大学）；Kobe University（神户大学）
研究揭示了多带系统中自旋电流的磁矩与角动量差异，通过多带k·p模型计算了铋的自旋霍尔电导张量，发现磁矩张量显著大于角动量张量。
2026-01-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Low temperature Hall effect in bismuth chalcogenides thin films
铋硫族化合物是研究最多的三维拓扑绝缘体。作为一项规则，在低温下，这些材料的薄膜表现出积极的磁电阻，由于弱的反局域化。弱反局域化应导致电阻率在低温下下降，然而，在实验中，电阻率随着温度的降低而增加。从几个薄膜（具有不同的载流子密度，厚度和载流子迁移率）的传输测量，并通过使用纯唯象的方法，没有微观理论，我们表明，低温电阻率的增长伴随着霍尔系数的增长，与扩散电子-电子相互作用的校正机制。我们的数据合理地解释了低温电阻率上升。
2016-12-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Giant Spin Hall Effect Induced by Skew Scattering from Bismuth Impurities inside Thin Film CuBi Alloys
我们证明了通过在Cu中引入少量Bi杂质可以诱导巨自旋霍尔效应（SHE）。基于一种新的三维自旋输运有限元方法的分析表明，Bi杂质诱导的SHE符号为负，其自旋霍尔角为-0.24。CuBi合金中的这种负的大SH角可以通过应用由Fert和Levy [Phys. Rev. Lett. 106，157208（2011）]至6p杂质。
2012-10-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Functionalized Bismuth Films: Giant Gap Quantum Spin Hall and Valley-Polarized Quantum Anomalous Hall States
寻找新的大带隙量子自旋霍尔（QSH）和量子反常霍尔（QAH）绝缘体对于它们在室温下的实际应用至关重要。基于第一性原理计算，我们预测在H修饰的Bi（111）薄膜中，QSH和QAH态的带隙可以达到1.01 eV和0.35 eV。这个巨大的带隙的起源在于Bi的大自旋轨道相互作用和H介导的特殊的电子和结构性质。此外，我们发现QAH态还具有量子谷霍尔态的性质，从而内在地实现了所谓的谷极化QAH效应。我们进一步研究了在H修饰的Bi（110）薄膜和X修饰的（X=F，Cl，Br，I）Bi（111）薄膜中大带隙QSH和QAH态的实现.
2014-12-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Anomalous coupling between magnetic and nematic orders in quantum Hall systems
不同阶之间的相互作用在物理学中具有根本的重要性。自发的、破坏电荷序的电荷序，负责条纹或条纹相，在许多存在强关联的情况下，如高温超导和量子霍尔效应，一直受到极大的关注。在这篇文章中，我们展示了一个意想不到的结果，在相互作用的二维电子系统中，鲁棒性的相位，这代表了一个顺序的电荷自由度，不仅取决于最高的，半满朗道能级的轨道指数，但它也是强烈相关的磁秩序的系统。有趣的是，当系统被完全磁化时，与先前在量子霍尔系统中观察到的磁相相比，磁相特别坚固，并且持续到更高的温度。我们的研究结果提供了基本的新的洞察磁化的作用，在稳定的相位，同时也提供了一个新的旋钮，它可以有效地调整。
2018-08-13 cond-mat.mes-hall
Evidence for a $ν=5/2$ Fractional Quantum Hall Nematic State in Parallel Magnetic Fields
我们报告的分数量子霍尔态的磁输运测量填充因子$ν=$ 5/2作为施加的平行磁场（$B_{||}$）的函数。随着$B_{||}$增加，5/2状态变得越来越各向异性，其中沿$B_{||}$方向的面内电阻变得比垂直方向上的大30倍以上。值得注意的是，电阻各向异性比在相对大的温度范围内保持恒定，从而产生对于两个方向相同的能隙。我们的数据与分数量子霍尔\textit{nematic}相定性一致。
2013-02-26 cond-mat.mes-hall
Quantized Thermal Hall Conductance and the Topological Phase Diagram of a Superconducting Bismuth Bilayer
本文提出邻近效应诱导超导的铋双层拓扑超导模型，计算其热霍尔电导，观测到多拓扑相的量子化热霍尔平台，验证了其与陈数的对应关系，证明该方法可用于构建拓扑相图且可推广至实空间各类模型。
2023-11-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Anomalous nematic-to-stripe phase transition driven by in-plane magnetic fields
最近在超净二维电子气中发现的反常双态，在进一步冷却时从量子霍尔条纹相出现。这些国家的特点是当地的最小值（最大值）的硬（容易）的纵向电阻和霍尔电阻在近半满朗道水平的初期高原。在这里，我们证明了一个适度的面内磁场，沿$\left < 110 \right >$或$\left < 1\bar10 \right >$晶轴的GaAs，破坏异常的双态和恢复量子霍尔条纹相位沿其原生$\left < 110 \right >$方向对齐。这些发现证实了反常基态不同于其他基态，并将有助于未来的理论来确定它们的起源。
2021-07-24 cond-mat.mes-hall
Observation of new plasmons in the fractional quantum Hall effect: interplay of topological and nematic orders
奇异量子流体的集体模式揭示了产生复杂量子基态的物理机制。我们观察到意想不到的新的集体模式在分数量子霍尔（HALH）制度：内朗道级等离子体在第二朗道级共振非弹性光散射测量。等离子体预示着旋转对称性破缺阶段在倾斜磁场，并揭示在这些阶段的长程平移不变性。等离子体激元特征对填充因子的依赖性为拓扑量子霍尔序和双电子液晶相之间的相互作用提供了新的见解。在朗道能级填充因子v = 5/2的等离子体光谱中的显著强度最小值强烈表明，这种可以支持非阿贝尔激发的配对状态抑制了竞争的非阿贝尔相位，揭示了5/2超流态对于小倾斜角的鲁棒性。在v = 7/3时，一个尖锐而强烈的等离子体激元峰与新出现的宏观相干性相联系，支持了在这个填充因子下提出的一个λ H λ态的模型。
2019-02-06 cond-mat.mes-hall
Tunable Giant Spin Hall Conductivities in a Strong Spin-Orbit Semimetal: Bi$_{1-x}$Sb$_x$
本征自旋霍尔电导率计算强自旋轨道Bi $_{1-x}$ Sb $_x$半金属，从久保公式和使用Berry曲率评估整个布里渊区从紧束缚哈密顿量。在这些材料中，具有强自旋-轨道相互作用的近交叉带产生巨大的自旋霍尔电导率，范围从铋的474（$\hbar$ /e）（$Ω$ cm）$^{-1}$到锑的96（$\hbar$ /e）（$Ω$ cm）$^{-1}$;铋的值是铂的两倍多。对于对应于三维拓扑绝缘体状态的合金组合物，例如Bi $_{0.83}$ Sb $_{0.17}$，大的自旋霍尔电导率持续存在。通过将化学势改变0.5 eV，对于掺杂的Bi或对于Bi $_{0.83}$ Sb $_{0.17}$，自旋霍尔电导率可以改变五倍，这表明掺杂或电压调谐自旋霍尔电流的可能性。
2014-10-27 cond-mat.mes-hall
Reversible Switching of the Environment-Protected Quantum Spin Hall Insulator Bismuthene at the Graphene/SiC Interface
本研究发现SiC上石墨烯缓冲层插层形成的单层铋可通过氢化/脱氢实现惰性前驱态与具备QSHI特性的铋烯态可逆切换，该铋烯受上下层天然保护，为受保护QSHI研发提供重要进展。
2025-02-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin-Hall Effect and Diamagnetism of Dirac Electrons
基于Kubo公式研究了完全相对论性（4 × 4矩阵）Dirac电子的自旋霍尔电导（SHC），旨在探讨铋和铋锑合金的可能应用。结果表明，SHC有两种贡献，一种来自费米能级附近的态，另一种来自所有的占据态。后者甚至保持在绝缘状态，即，当化学势位于带隙中时，化学势与轨道磁化率（抗磁性）具有相同的依赖性，这是一个令人惊讶的事实。这些结果被应用到铋锑合金和SHC的掺杂依赖提出。
2012-09-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin-charge separation and quantum spin Hall effect of $β$-bismuthene
场论论证表明了$\mathbb{Z}$的可能性-用磁通量管对量子自旋霍尔效应进行分类，这导致自旋和电荷自由度的分离，以及自旋或Kramers对的泵浦。然而，自旋-电荷分离的\emph{proof of principle}证明对于缺乏自旋-守恒定律的自旋-轨道耦合材料的真实的\emph{ab initio}能带结构尚未完成。在这项工作中，我们进行思想实验与磁通量管上$β$ -bismuthene证明自旋-电荷分离，和量子化泵的自旋三个绝缘状态，可以通过调整填充分数。结合动量空间拓扑和实空间响应的分析，我们确定了拓扑非平凡带的重要作用，支持偶数整数缠绕数，这不能从基于拓扑的指标推断。我们的工作建立了一个新的标准预测的二维，量子自旋霍尔材料，基于精确的体积不变和普遍的拓扑响应。
2022-09-27 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Signatures of Electron Fractionalization in Ultraquantum Bismuth
由于巡游电子的费米波长较长，元素铋（与大多数金属不同）的量子极限可以在中等磁场下达到。电子的量子化轨道随磁场的增加而缩小。超过量子极限，这些轨道的周长变得比费米波长短。我们研究了传输系数的单晶铋高达33特斯拉，这是深在这个超量子极限。能斯特系数呈现出三个意想不到的最大值，这三个最大值伴随着霍尔系数中的准平台。结果表明，这种散装元素可能会举办一个异国情调的量子流体让人想起与分数量子霍尔效应，并提出了电子在三维金属的分馏问题。
2008-02-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Anomalous Hall effect of light-driven three-dimensional Dirac electrons in bismuth
激光技术的最新进展为通过强相干光操纵量子材料中的功能开辟了道路。在这里，我们研究了三维（3D）狄拉克电子驱动的圆偏振光（CPL），当光子能量位于狄拉克带。作为实验实现的这一设置，我们照射薄膜样品的元素铋，这是一个众所周知的半金属托管三维狄拉克电子，与中红外CPL。我们成功地观察到出现的异常霍尔效应（AHE）通过太赫兹法拉第旋转，这是泵螺旋度相关的和瞬时的。我们将实验结果与Floquet理论的结果进行了比较，Floquet理论是分析相干光驱动的电子能带结构的有力框架。单光子共振位置附近的能带结构对AHE的贡献与我们的实验结果一致。有效的哈密顿量，我们的基础上，我们的模型计算也意味着一对“双外尔点”出现由于CPL诱导的杂化之间的占用和未占用的3D狄拉克带。我们的研究结果揭示了在非线性拓扑光学材料特性的超快控制。
2023-01-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ferroelectric quantum Hall phase revealed by visualizing Landau level wavefunction interference
在具有多个内部自由度的电子系统中，由于库仑相互作用，可以自发地形成新的对称性破缺态。多谷材料为这种状态的出现提供了特别丰富的背景，这些状态具有潜在的电子和光学应用。迄今为止，这些对称性破缺相的识别主要依赖于宏观输运或光学性质的检查。在这里，我们展示了一个强大的直接的方法，通过可视化的波函数的铋表面状态的扫描隧道显微镜。铋表面强的自旋-轨道耦合导致六个简并的泪珠状空穴袋。我们的光谱测量结果表明，这种简并完全解除在高磁场作为交换相互作用的结果，我们能够确定谷排序的性质，通过成像的对称性破缺朗道能级（LL）波函数。孤立缺陷附近单简并LL波函数的显著空间特征包含自旋织构谷之间的干涉的独特签名，其将电子基态识别为量子霍尔铁电体。我们的观察证实了最近的预测，即在强烈的各向异性谷系统的相互作用有利于占领一个单一的谷，引起紧急铁电性的铋的表面状态。
2018-05-11 cond-mat.mes-hall
Orientation of hole quantum Hall nematic phases in an out-of-plane electric field
我们提出了在朗道水平填充因子$ν=5/2$在一个二维孔系统（2DHS）的各向异性电阻状态的观察，发生一定值的孔密度$p$和平均出平面电场$E_\perp$。2DHS是由未掺杂GaAs/AlGaAs量子阱中的电场效应引起的，其中前栅和背栅允许$p$和$E_\perp$的独立调谐，因此限制势的对称性。对于$p\approx2\times10^{11}$ ~cm $^{-2}$和$E_\perp \approx -2 \times10^{5}$ ~V/m，沿$\langle01\bar1\rangle$的磁电阻大大超过沿$\langle011\rangle$的磁电阻，表明形成了量子霍尔取向或“条纹”相.反转$E_\perp$的符号将条纹旋转$90^{\circ}$。我们认为这种行为可能是由于空穴朗道能级的混合以及Rashba和Dresselhaus自旋-轨道耦合效应的结合。
2019-05-14 cond-mat.mes-hall
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。
2022-05-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Fluctuations and topological transitions of quantum Hall stripes: nematics as anisotropic hexatics
研究了量子霍尔条纹在朗道能级半满附近的涨落和拓扑熔化跃迁。把条纹态看作各向异性的维格纳晶体（AWC），我们可以把以前研究中的二维电子气的量子霍尔态看作{ \em各向异性的六角晶系}.从AWC到量子霍尔跃迁态的转变温度进行了明确的计算，并提出了一个暂定的相图的二维电子气接近半填充。
2007-12-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Transport Properties and Diamagnetism of Dirac Electrons in Bismuth
铋酸盐晶体具有特殊的电子态，即电子能态，因而具有特殊的性质。例如，在一个实施例中，Shubnikov-de Haas效应和de Haas-van Alphen效应。最重要的是，铋的大抗磁性在量子力学建立后不久就成为一个长期存在的难题，这个难题最终在1970年根据沃尔夫推导出的有效哈密顿量得到了解决，因为在存在大自旋轨道相互作用的情况下，磁场会产生带间效应。这个哈密顿量本质上与狄拉克哈密顿量相同，但具有空间各向异性和比光速小得多的有效速度。本文综述了近年来在输运和光学性质的理论认识方面的进展，如弱场霍尔效应和自旋霍尔效应，交流电导率，一个系统描述的沃尔夫哈密顿量及其各向同性版本与探索可能的关系与轨道磁性的特殊兴趣。结果表明：一方面，在绝缘态下，自旋霍尔电导率与轨道磁化率之间存在着基本的关系，另一方面，在磁光中存在着完全自旋极化电流的可能性。已经提出了这些有趣的功能的实验测试。
2014-07-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Metastable anisotropy orientation of nematic quantum Hall fluids
本文通过一个量子霍尔流体模型，分析了半满量子霍尔流体亚稳态各向异性电阻取向的实验观测.我们解释所观察到的“旋转”的各向异性轴作为一个过程的成核的结晶域和计算成核率在这个模型。通过与实验结果的比较，我们可以预测出气泡的临界半径$R_c\sim 2.6 μm $。每个结构域含有约$10^4$电子。
2008-07-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Effective theory of incompressible quantum Hall liquid crystals
我提出了一个有效的理论零温度阶段的量子霍尔stipes：近晶相的条纹是静态的和一个新的量子量子的相位的位置顺序被量子涨落破坏。位错的玻色凝聚被看作是位错的玻色凝聚，其相互作用由U（1）规范场介导。计算了两个相态的集体模谱和动力学结构因子。
2001-07-13 cond-mat.mes-hall
Bismuthene on a SiC Substrate: A Candidate for a New High-Temperature Quantum Spin Hall Paradigm
量子自旋霍尔（QSH）材料基于自旋电流的无耗散传播，有望实现革命性的器件应用。它们是拓扑绝缘体家族的二维（2D）代表，其在其边缘处表现出固有地被保护免受散射的传导通道。最初预测用于石墨烯，并最终在碲化汞量子阱中实现，在迄今为止实现的QSH系统中，阻止应用的决定性瓶颈是小于30 meV的小体积能隙，需要低温操作温度以抑制对边缘电导的有害体积贡献。然而，室温功能需要更大的间隙。在这里，我们将展示如何实现这一点，利用一个新的QSH范例的基础上衬底支持的原子单层的高Z元素。在实验上，该材料被合成为铋原子的蜂窝晶格，在宽禁带衬底SiC（0001）的顶部形成"铋烯"。与理论预期一致，实验中的光谱特征显示铋烯具有约0.8 eV的巨大能隙，以及导电边缘态。层-衬底轨道的分析到达QSH相，其拓扑间隙-作为标志性机制-直接由原子自旋轨道耦合（SOC）驱动。我们的研究结果表明，如何应变人工晶格的重原子，与绝缘衬底接触，可以用来唤起一种新的拓扑宽隙的情况下，化学势位于全球系统的差距，确保纯边缘状态电导。我们预计未来的实验拓扑签名，如运输测量探测QSH效应通过量子化的普遍电导，特别是在室温下。
2016-08-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Microscopic theory for nematic fractional quantum Hall effect
分析了热力学极限下分数阶量子霍尔效应的各种微观性质，给出了分数阶量子霍尔效应的微观哈密顿量的必要条件.给出了简并基态流形、基态能量和无带隙模的解析表达式，并考虑了输入相互作用和相应的基态结构因子.我们将中性激发的长波长极限与引导中心度规形变联系起来，并明确地给出了在量子临界点附近具有空间变化的λ阶的λ模的试探波函数族。对于短程相互作用，量子阱HN的动力学完全由基态结构因子的长波长部分决定。特殊的情况下，在$ν=1/3$的Haffnian父哈密顿讨论了新的理论见解，导致一些严格的声明和实验的影响。
2020-09-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Evidence of a fractional quantum Hall nematic phase in a microscopic model
在小动量下，分数量子霍尔（Fractional Quantum Hall，简称FHM）效应中的Girvin-MacDonald-Platzman（GMP）模可以用各向同性FHM液体中的带隙FHM涨落来识别。当GMP模式在接近量子相变到量子氢跃迁的假定点时软化时，这种对应关系将是精确的。出于这些考虑，以及倾斜场实验中存在的一个电子相互作用的证据，我们在填充因子为1/3的最低朗道能级的电子相互作用微观模型中寻找了这种电子相互作用的证据。利用一族各向异性的Laughlin态作为试探波函数，我们发现了各向同性的Laughlin液体和无向同性的Laughlin液体之间的连续量子相变。数值精确对角化的结果还表明，旋转对称性是自发破缺的，该模型的相图包含一个条纹和条纹相。
2017-07-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
High-temperature quantum spin Hall states in buckled III-V-monolayer/SiO$_{2}
在对几乎所有的无机三维材料建立了基本的理解和高通量的拓扑表征之后，普遍的兴趣和功能应用的需求推动了拓扑绝缘体的研究，以探索具有更稳健的拓扑性质和更少的制造挑战的系统。因此，铋烯/SiC（0001）中室温量子自旋霍尔（QSH）态的成功演示引发了对实验上易于访问的二维拓扑系统和更大拓扑间隙的搜索。在这项工作中，我们提出了一个家庭的III-V蜂窝单层SiO $_{2}$是下一代的大间隙QSH系统，基于此自旋电子器件可能会在室温下工作，由于其扩大的拓扑间隙（$\sim$ 900毫电子伏）相比，铋/SiC（0001）。基本上，这也实现了不同于Kane-Mele型铋/SiC（0001）的带反转型QSH绝缘体。
2021-12-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Theory of Native Orientational Pinning in Quantum Hall Nematics
在GaAs $[001]$生长方向量子阱的量子霍尔区中发现的电子能态的取向被弱的各向异性的本征源钉扎。在这封信中，我们解释说，这个属性，这一直是神秘的超过十年的研究，从Rashba和Dresselhaus自旋轨道相互作用的存在。向列相态的硬传输方向由Rashba和Dresselhaus系数的相对符号确定，并且与$[110]$或$[1\bar{1}0]$晶体学方向一致。我们的钉扎能量的理论估计是一致的本地钉扎和故意钉扎的面内磁场之间的竞争的实验研究。
2013-07-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Heterostructure Symmetry and the Orientation of the Quantum Hall Nematic Phases
GaAs/AlGaAs异质结中的清洁二维电子系统在高朗道能级占有率和低温下表现出各向异性的集体相，即量子霍尔向列相。一个迄今未知的原生的破胶电位一致地定向这些阶段相对于宿主材料的晶轴。在这里，我们报告了一组广泛的测量检查的异质结构的结构对称性的作用，在确定向列相的方向。在单量子阱样品中，我们发现，无论是局部对称性的限制势，也不是电子系统和样品表面之间的距离决定的取向的电子束。在显着的对比，对于二维电子局限在一个单一的异质界面之间的GaAs和AlGaAs，的取向依赖于样品表面下的二维电子系统的深度。
2015-06-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Theory of Nematic Fractional Quantum Hall State
我们导出了分数量子霍尔态各向同性-非均匀量子相变的有效场论。我们表明，对于一个系统的各向同性的背景下的低能量有效理论的顺序参数具有$z=2$动力学标度指数，由于Berry相位项的序参量，这是有关的非耗散霍尔粘度。采用复合费米子理论与电子之间的四极相互作用，我们表明，一个足够有吸引力的四极相互作用触发相变从各向同性的量子流体到一个分数量子霍尔相。通过对集体激发谱的研究，我们证明了在各向同性量子相变时，Girvin-MacDonald-Platzman（GMP）模的质量隙会发生坍缩.另一方面，在这个量子相变中，Laughlin准粒子和Kohn集体模保持间隙，并且满足Kohn定理。序参量序参量与规范场之间的主导耦合包含一个与Wen-Zee项形式相同的项。自旋序参量的向错携带未量子化的电荷。我们还讨论了分数量子霍尔流体的几何响应与自由度之间的关系。
2014-11-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el hep-th
Microscopic Model for Fractional Quantum Hall Nematics
本文提出最低朗道能级中库仑相互作用粒子通过减小最短程Haldane赝势强度可实现分数量子霍尔向列相变，并用精确对角化和变分波函数证明其对称性破缺与几何特性。
2024-06-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Evidence for a new symmetry breaking mechanism reorienting quantum Hall nematics
我们报道了平面磁场$B_\parallel$对高迁移率二维电子气中高（$N=2,3$）朗道能级条纹相的影响。与先前的研究一致，我们发现适度的$B_\parallel$平行于原生条纹施加使其垂直于原生条纹对齐，然而，当进一步增加$B_\parallel$时，条纹重新定向回到其原生方向。因此，不管条纹相对于$B_\parallel$的初始取向如何，条纹最终都将\emph{parallel}与$B_\parallel$对齐。这些研究结果提供了证据的$B_\parallel$诱导的对称性破缺机制，挑战目前的理解的作用，$B_\parallel$，并应考虑到在确定强度的本地对称性破缺潜力。最后，我们的结果可能表明本机和外部对称性破缺场之间的非平凡耦合，这在理论上尚未考虑。
2016-03-22 cond-mat.mes-hall
Local Probes for Quantum Hall Ferroelectrics and Nematics
在强量子化磁场作用下，二维多谷电子系统中的单个口袋的色散具有低对称性，产生量子霍尔铁电态和量子双极铁电态.我们调查这些国家附近产生的杂质，可以通过扫描隧道显微镜（STM）光谱探测本地签名。对于量子霍尔铁电体，我们证明了在杂质束缚态测量的偶极矩和从现代极化理论获得的理想体偶极矩之间的直接关系。我们还通过精确对角化研究了单杂质的多体问题，发现近强杂质的非平凡激子态可以形成特定的特征，可以很容易地通过STM光谱识别。
2020-06-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Tunable room temperature nonlinear Hall effect from the surfaces of elementary bismuth thin films
本研究在中心对称元素铋多晶薄膜中实现了强室温非线性霍尔效应，利用表面Berry曲率激活斜散射产生非线性横向电流，并在弯曲几何中增强零场电压，拓展至太赫兹谐波产生，突显了铋薄膜在柔性THz光电器件中的应用潜力。
2023-10-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Nematic Valley Ordering in Quantum Hall Systems
在具有自旋或赝自旋自由度的二维电子系统中，量子霍尔有序和自发破缺的“内部”对称性之间的相互作用引起了各种有趣的现象，包括新相、相变和拓扑激发。在这里，我们开发了一个理论的破缺对称量子霍尔态，适用于一类多谷系统，其中的对称性问题是一个点群元素，结合了空间旋转与置换的谷指数。色散关系的各向异性，通常存在于这样的系统中，有利于所有电子驻留在其中一个谷中的状态。在一个干净的系统中，谷“伪自旋”有序，或空间自旋有序，通过有限的温度转变发生。在弱无序系统中，形成了赝自旋极化域，这阻止了宏观谷和无序有序;然而，所得到的状态仍然渐近地表现出QHE。我们讨论了在有序和无序制度的输运性质，以及我们的研究结果的关系，最近的实验在铝。
2010-03-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Fractional quantum Hall systems near nematicity: bimetric theory, composite fermions, and Dirac brackets
我们进行了详细的比较狄拉克复合费米子和最近提出的双度规理论的量子霍尔-杰恩态近半填充。通过将复合费米液体调谐到相变相变附近，我们发现这两个理论是等价的。我们验证了响应函数和静态结构因子的单模近似在相变附近变得可靠。我们表明，在相变附近向列模式的色散关系可以从向列序参量分量之间的狄拉克括号中获得。色散在低动量下是二次的，在有限动量下有磁子最小值，这与附近的任何非均匀相无关。
2017-12-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el hep-th
Quantum Hall Valley Nematics
强磁场中的二维电子气为实现各种电子有序现象提供了一个正则平台。在这里，我们回顾了一类有趣的相互作用驱动的量子霍尔态的物理：量子霍尔谷向列相。当拓扑绝缘量子霍尔态的形成伴随着点群对称性的自发破缺时，物质的这些相就会出现，点群对称性结合了空间旋转和谷指数的排列。由此产生的取向顺序是特别敏感的淬火无序，而量子霍尔物理链接电荷传导拓扑缺陷。我们将讨论如何结合起来，产生丰富的相结构，以及它们对运输和光谱测量的影响。同时，我们讨论了相关的实验系统。最后，我们展望未来的发展方向。
2018-09-25 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Theory of Quantum Hall Nematics
在中等磁场中对二维电子系统的输运测量表明存在自发取向有序的可压缩液态。我们发展和分析了这样的“量子霍尔向列相”（QHN）的微观理论，预测了一个新的，高度各向异性的$q^3$密度导向模的存在，发现T=0的长程取向顺序是不稳定的弱无序，并计算隧穿到这样一个强关联的状态。这种微观的方法是支持和补充的QHN，其中，在无耗散的限制，再现的微观模型的模式的流体动力学模型。
2001-10-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el
Field theory of the quantum Hall nematic transition
量子霍尔态的拓扑物理学被有效地编码在陈-西蒙斯型的纯拓扑量子场论中。然而，在连续描述中可靠地包含低能动力学性质通常需要接近量子临界点。我们建立了一个场论，描述了从各向同性液体的量子跃迁到一个非对称的Laughlin液体。从各向同性侧接近与此过渡相关联的软模式被确定为熟悉的朗道内水平Girvin-MacDonald-Platzman模式。我们得到z=2的动态标度在临界点和描述的Goldstone和缺陷物理的一侧。尽管有非常不同的物理动机，我们的场论基本上是相同的，最近的“几何”场论的一个劳克林液体提出的Halflit。
2013-09-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Competition of Pairing and Nematicity in the Two-Dimensional Electron Gas
垂直磁场作用下的二维电子气由于其丰富的相图，一直是人们研究的热点。在这个系统中，一个特别有趣的问题是半满朗道能级，其中复合费米子的费米海，由复合费米子的配对不稳定性引起的分数量子霍尔态，以及量子霍尔跃迁分别在半满$N=0$，$N=1$和$N \geq 2$朗道能级中观察到。因此，不同的基态发展在不同的半满朗道能级。这种情况最近发生了变化，当在半满的$N=1$朗道能级中报道了成对分数量子霍尔态和量子霍尔跃迁的证据时。此外，还发现了这两种有序态之间的直接量子相变，这些结果突出了在低无序环境中，对向列性和对向列性之间的密切联系，这是当前几个强关联系统中的一个热门话题。
2020-03-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Spin and Charge Transport of Multi-Orbital Quantum Spin Hall Insulators
在SiC上制造铋烯为由V族原子制成的室温量子自旋霍尔绝缘体的衬底工程铺平了道路。我们在这些二维材料中进行大规模量子输运计算，以分析拓扑结构、无序、谷和自旋自由度之间相互作用所产生的丰富现象。为此，我们考虑一个最小的多轨道实空间紧束缚哈密顿量，并使用切比雪夫多项式展开技术。我们讨论了无序、亚晶格分辨势和Rashba自旋轨道耦合对量子自旋霍尔态的影响。
2018-11-13 cond-mat.mes-hall
Impact of spin-orbit coupling on quantum Hall nematic phases
在填充因子nu=7/2、nu=11/2和nu=13/2的垂直磁场中，在低温下观察到二维空穴系统中的各向异性电荷输运.与此形成鲜明对比的是，在nu=9/2处的输运对于所有温度都是各向同性的。各向同性空穴传输在nu=7/2恢复足够低的二维密度或非对称的限制潜力。所观察到的各向异性的密度和对称性的依赖性表明，在空穴系统中的强自旋轨道耦合有助于不寻常的输运行为。
2007-04-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Anomalous Nematic States in High Half-Filled Landau Levels
已经确定的是，具有半填充高（$N \ge 2$）朗道能级的二维电子气的基态是可压缩的电荷有序态，称为量子霍尔条纹（QHS）相。QHS的一般特征是纵向电阻$R_{xx}$（$R_{yy}$）和非量化霍尔电阻$R_H$的最大值（最小值）。在这里，我们报告紧急最小值（最大值）在$R_{xx}$（$R_{yy}$）和平台样功能$R_H$在半满$N \ge 3$朗道水平。值得注意的是，这些意想不到的功能开发的温度大大低于QHS的起始温度，这表明一个新的基态。
2020-02-11 cond-mat.mes-hall
Microscopic Theory of a Quantum Hall Ising Nematic: Domain Walls and Disorder
本文研究了量子霍尔机制下多沟道半导体中自发破缺的谷对称性与空间无序之间的相互作用。在谷具有各向异性电子色散的情况下，先前的长波长分析[Phys.Rev.B82，035428（2010）]鉴定出两个表现出QHE的新相。第一种是量子霍尔伊辛线（QHIN），一种在宏观输运各向异性中表现出长程取向有序的相。第二个是量子霍尔随机场顺磁体（QHRFPM），出现时的伊辛秩序被破坏的淬火无序，其特征在于一个域结构与一个独特的响应谷破磁应变场。在这里，我们提供了一个更详细的微观分析的QHIN，这使我们能够（一）估计其伊辛有序温度;（二）研究其畴壁激发，这在确定其属性中起着核心作用;和（三）分析其响应淬火无序从杂质散射，这给了一个估计域的大小在后代QHRFPM。我们的结果是直接适用于AlAs异质结构，虽然他们的定性方面通知其他铁磁QH系统，如Si（111）异质结构和双层石墨烯与三角翘曲。
2013-04-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Elemental Ferroelectric Topological Insulator in $ψ$-bismuthene
本研究提出全新二维铋同素异形体ψ-铋烯，作为首个元素型铁电量子自旋霍尔绝缘体，兼具可测铁电极化、非平庸带隙等特性，还存在全角拉胀行为与可控持续自旋螺旋，为相关领域开辟新方向。
2023-10-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
The fractional quantum Hall nematics on the first Landau level in a tilted field
本文研究了倾斜磁场中二维电子系统第一Landau能级上的分数量子霍尔态，发现面内磁场能显著增强 $ν= 7/3$ 态的向列序，并通过多种物理量计算绘制了其完整相图，证实了FQH向列相的存在。
2024-03-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Spin polarized nematic order, quantum valley Hall states, and field tunable topological transitions in twisted multilayer graphene systems
我们从理论上研究了扭曲多层石墨烯系统中的关联绝缘态、量子反常霍尔（QAH）态以及不同关联态之间的场诱导拓扑跃迁。以扭曲双层单层石墨烯和扭曲双层石墨烯为例，研究了在有限位移场下，两个体系在1/2平带填充处都处于自旋极化的$C_{3z}$ -破缺绝缘体态，且Chern数为零.在某些情况下，这些自旋极化的，非线性绝缘体状态是在量子谷霍尔相位凭借非平凡的能带拓扑的系统。当只考虑谷内库仑作用时，自旋极化绝缘体态与谷极化绝缘体态是准简并的。这种准简并可以通过原子的原位相互作用分裂，使得自旋极化的基态成为唯一的基态。这种情况适用于1/2填充的各种扭曲多层石墨烯系统，因此可以被认为是通用机制。此外，在垂直磁场作用下，多层石墨烯体系中的轨道塞曼分裂和场致电荷密度变化会与原子Hubbard相互作用相互竞争，从而在小起始磁场作用下驱动自旋极化零陈数态向谷极化QAH态的跃迁.
2021-11-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Spontaneous Breaking of the SU(3) Flavor Symmetry in a Quantum Hall Valley Nematic
ENS, Université PSL, CNRS, Sorbonne Université（巴黎高等师范学院，巴黎文理研究大学，法国国家科学研究中心，索邦大学）；Institute of Physics, Polish Academy of Sciences（波兰科学院物理研究所）；Chungnam National University（忠南国立大学）；National Technical University “KhPI”（哈尔科夫国立理工大学）；Johannes Kepler Universität（约翰内斯·开普林大学）；Université Paris-Saclay, CNRS, CEA（巴黎萨克雷大学，法国国家科学研究中心，法国原子能和替代能源委员会）
研究在Pb1-xSnxSe量子井中观察到SU(3)对称性的自发破缺，通过谷赝自旋的极化实现量子反铁磁谷反铁磁相，揭示了多体物理中的新现象。
2025-10-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Even-denominator fractional quantum Hall states with spontaneously broken rotational symmetry
研究在垂直磁场中观察到偶数分母分数量子霍尔态，并发现其与自发对称破缺共存，揭示了单轴FQHS的出现及非阿贝尔准粒子激发。
2025-10-01 cond-mat.mes-hall
Time-Reversal Symmetry-Breaking Nematic Insulators near Quantum Spin Hall Phase Transitions
我们研究了一个模型量子自旋霍尔系统的相图作为能带反转和能带耦合强度的函数，表明当能带杂化较弱时，在很宽的能带反转范围内出现相互作用诱导的非线性绝缘体态。这种性质是长程库仑相互作用的结果，它有利于带间相位相干性，这种相干性弱依赖于动量，因此在带反转点处受到单粒子哈密顿量的阻碍。对于弱带杂化，相互作用将反转时的连续能隙闭合拓扑相变转换为一对连续相变，从而将具有破坏的时间反转和旋转对称性的状态绑定在一起。在中间带杂化，拓扑相变的收益，而不是通过量子反常霍尔绝缘体状态，而在强杂化相互作用不起作用。我们评论的影响，我们的研究结果为InAs/GaSb和HgTe/CdTe量子自旋霍尔系统。
2018-04-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Quantum Nernst Effect in a Bismuth Single Crystal
本文计算了铋单晶在量子化磁场作用下的声子阻力对横向（能斯特）热电势$S_{yx}$的贡献。计算出的能斯特峰的高度源自空穴朗道能级及其温度依赖性，再现了Behnia等人最近报道的明显磁振荡的正确数量级[Phys.Rev.Lett. 98，166602（2007）]。一个惊人的实验发现，$S_{yx}$是远远大于纵向（塞贝克）热电功率$S_{xx}$可以自然地解释为声子拖曳的效果，结合众所周知的纵向和霍尔电阻率之间的关系$rho_{xx}>>|rho_{yx}|$在半金属铋。包括空穴和电子的贡献的计算表明，一些迄今无法解释的小峰大致位于分数填充的空穴朗道能级归因于电子朗道能级。
2009-08-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
