Observation of Dirac-Like Semi-Metallic Phase in NdSb
寻找新的物质拓扑相是凝聚态物理研究的新方向之一。最近狄拉克半金属相的实验实现为在真实材料中寻找物质的其他奇异相铺平了道路。在这里，我们提出了一个系统的角度分辨光电子能谱（ARPES）研究的NdSb，主办狄拉克半金属相的潜在候选人。我们的研究揭示了在布里渊区（BZ）的中心点（$Γ$）处存在两个类空穴费米面口袋，以及在区角点（X）处存在两个椭圆形电子口袋。有趣的是，在NdSb的带角（X）点附近观察到了Dirac类线性色散态。我们的第一性原理计算与实验观察到的带在$Γ$点。此外，在NdSb中观察到的Dirac-like态可能是一种新的相关态，尚未在计算中预测。我们的研究为在稀土铌酸盐家族的其他成员中寻找狄拉克半金属态开辟了一个新的方向。
2016-04-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Temperature-field phase diagram of extreme magnetoresistance in lanthanum monopnictides
最近在LaSb中发现的极强磁电阻效应为研究拓扑半金属提供了一个新的平台。在这项工作中，我们报告的发现，极端的磁阻LaBi，确认镧nitride作为一个有前途的家庭的TSM。这些具有简单岩盐结构的二元化合物是寻找极端磁电阻起源的理想模型体系。通过对LaBi和LaSb中磁输运效应的比较研究，我们构建了一个三角形温度场相图，说明了磁场如何调谐这些材料中的电子行为。我们表明，三角形相图可以推广到其他拓扑半金属具有不同的晶体结构和不同的化学组成。通过比较我们的实验结果的能带结构计算，我们认为，在LaBi和LaSb的极端磁电阻起源于一个特定的轨道纹理准二维费米表面。由自旋-轨道耦合驱动的轨道织构可能是各种拓扑半金属的普遍特征。
2017-01-22 cond-mat.mtrl-sci
Experimental determination of the topological phase diagram in Cerium monopnictides
我们利用体敏软X射线角分辨光电子能谱研究了铈镧系化合物（CeX; X=P，As，Sb和Bi）的体电子结构。通过利用一个范例的能带结构作为其自旋轨道耦合（SOC）的函数的研究，我们绘制的拓扑相图CeX和明确地揭示了拓扑相变从平凡到非平凡的制度，从CeP到CeBi诱导的带反转。拓扑相变的基本机制阐明SOC与他们的半金属能带结构。我们的全面的观察提供了一个新的见解带拓扑结构隐藏在大部分的固态。
2017-07-20 cond-mat.mtrl-sci
Giant anisotropic nonlinear optical response in transition metal monopnictide Weyl semimetals
尽管外尔费米子在高能物理学中被证明是难以捉摸的，但人们已经预测它们作为涌现准粒子存在于某些晶体固体中，其中反演或时间反演对称性被破坏\cite{WanPRB2011,BurkovPRL2011, WengPRX2015,HuangNatComm2015}。最近，在过渡金属铌酸盐（TMMP）如TaAs中观察到它们，TaAs是一类非中心对称材料，迄今为止仅受到有限的关注\cite{XuScience2015, LvPRX2015, YangNatPhys2015}。现在出现的问题是，这些材料是否会表现出新颖的，增强的或技术上适用的电子特性。TMMP是极性金属，是一种罕见的反转破坏晶体的子集，如果它没有被传导电子\cite{anderson1965symmetry,shi2013ferroelectric,kim2016polar}屏蔽，它将允许自发极化。尽管不存在自发极化，极性金属可以表现出反转对称性破缺的其他特征，最显著的是二阶非线性光学极化率，$χ^{(2)}$，导致光学整流和二次谐波产生（SHG）等现象。在这里，我们报告的测量显示一个巨大的，各向异性的$χ^{(2)}$的TMMPs的钽砷，钽和铌砷的SHG。在基波和二次谐波场平行于极轴的情况下，$χ^{(2)}$的值比原型电光材料GaAs \cite{bergfeld2003second}和ZnTe \cite{wagner199…
2017-04-05 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Extreme Magnetoresistance in Magnetic Rare Earth Monopnictides
最近，在拓扑半金属的新材料背景下，已经探索了某些系统的电阻对磁场的急性敏感性，称为极端磁阻（XMR）。以WTe $_{2}$和稀土铌酸盐La（Sb，Bi）为例，这些系统往往是非磁性的、几乎补偿的半金属，并且代表了由本征电子结构驱动的大磁阻的平台。在这里，我们探讨后一个家庭的半金属磁性成员的电子输运，并发现XMR强烈调制的磁秩序。特别地，CeSb在9 T的磁场下表现出超过$1.6 \times 10^{6}$ %的XMR，而磁阻本身在各个磁相上是非单调的，并且在高于磁有序温度$T_{N}$的磁场下显示出从负磁阻到XMR的转变。XMR的幅度大于包括非磁性构件在内的其他稀土铌酸盐，并且对于30 T以上的场遵循非饱和幂律。我们表明，整体响应可以被理解为调制的电导率的Ce轨道状态和中间温度可以通过一个有效的介质模型。轨道淬灭化合物GdBi的比较支持XMR与磁有序和补偿的发病的相关性，并突出了独特的组合，轨道反转和I型磁有序CeSb在确定其大的响应。这些发现提出了一个范例的磁轨道控制XMR和相关的稀土为基础的相关拓扑材料的理解。
2017-04-13 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Chiral Quasiparticles at the Fermi Surface of the Weyl Semimetal TaAs
砷化钽是一种非中心对称的铌酸盐，是公认的外尔半金属。在这些材料中，三维手征无质量准粒子，即所谓的Weyl费米子，被预测会引起新的量子力学现象，如手征异常和拓扑表面态。然而，只有当费米能级足够接近外尔点时，它们的手征才能被很好地定义，从而使相反手征的费米表面口袋分开。在这篇文章中，我们提出了高品质的TaAs单晶体的费米面拓扑结构，确定由角度相关的Shubnikov-de Haas和de Haas-van Alphen测量结合从头算能带结构计算。在磁场高达14 T、温度低至1.8 K的条件下进行的磁化强度、磁矩和磁阻测量中，发现了三种不同类型的费米表面袋产生的量子振荡。在这些费米口袋中，两个是围绕外尔点的拓扑非平凡电子口袋对，一个是平凡空穴口袋。与其他非中心对称的双金属氧化物不同，TaAs是第一个外尔半金属候选者，其费米能足够接近两种类型的外尔点，以在费米表面产生手征准粒子。
2016-03-29 cond-mat.mtrl-sci
Observation of gapped state in rare-earth monopnictide HoSb
稀土铌酸盐家族由于其不寻常的极端磁电阻（XMR）特性和潜在的拓扑非平凡表面态的存在而吸引了强烈的兴趣。在这类材料中，非平凡表面态的实验观测并不普遍。在这里，使用高分辨率角分辨光电子能谱（ARPES），磁输运，和并行的第一性原理建模，我们研究的性质HoSb的电子状态。虽然我们发现在布里渊区（BZ）的G和X对称点处存在体带隙，但我们没有发现这些带隙表现出带反转，因此HoSb不具有狄拉克半金属态。我们的磁输运测量表明，HoSb可以被描述为一个相关的接近完整的电子空穴补偿半金属。我们的分析表明，接近完美的电子-空穴补偿可以驱动非饱和XMR效应在HoSb的出现。
2020-08-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Band engineering of a magnetic thin film rare earth monopnictide
在少数原子层形态中实现量子材料是观察和控制各种奇异量子现象的关键。这包括拓扑电子材料，其中几层材料的可调谐性和维度使得能够检测$Z_2$、陈省身和马约拉纳相。在这里，我们报告的薄膜相关的，拓扑状态的磁性稀土铌酸盐（$RX$）系统GdBi的分子束外延合成的平台的发展。从大块单晶研究中已知该材料是具有尼尔温度$T_N =$ 28 K的半金属反铁磁体，并且是提出具有拓扑表面态的非$f$含电子系统LaBi的磁性类似物。我们的运输和磁化BaF $_2$上外延生长的薄膜的研究表明，半金属性被解除低于约8个晶体晶胞，而磁秩序保持到我们的最小厚度的5个晶体晶胞。第一性原理计算表明，非平凡的拓扑结构被保存到单层极限，量子限制和晶格对称性引起的$C=2$陈绝缘体相。我们进一步证明了这些膜的稳定性，对大气降解使用的组合，无空气的缓冲液和封盖程序。这些结果共同确定薄膜$RX$材料作为工程相关磁性材料中的拓扑电子带的潜在平台。
2019-04-04 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Effects of chemical disorder and spin-orbit coupling on electronic-structure and Fermi-surface topology of YbSb-based monopnictides
本研究通过第一性原理DFT计算，发现Te和Al掺杂引起的化学无序可调控YbSb的费米面拓扑，抑制Γ点空穴口袋，从而调节量子输运性质。
2025-04-23 cond-mat.mtrl-sci
A new form of (unexpected) Dirac fermions in the strongly-correlated cerium monopnictides
发现具有新性质的狄拉克费米子已成为凝聚态和材料科学的一个重要前沿。在这里，我们报告了在强关联电子环境中观察到的不寻常的狄拉克费米子态，这是唯一不同于石墨烯和传统的拓扑绝缘体。在强相关的铈离子中，我们发现两组高度各向异性的狄拉克费米子相互渗透，可以忽略不计的杂交，并显示出一个特殊的四倍简并，他们的狄拉克节点重叠。尽管缺乏晶体或时间反转对称性的保护，但这种四重简并在磁性相变中是稳健的。这些实验结果与我们的理论计算的比较表明，所观察到的表面狄拉克费米子产生于体带反转在奇数个高对称点，这是类似于带拓扑描述了一个$\mathbb{Z}_{2}$ -拓扑相位。我们的发现为在强关联半金属中探索新颖的狄拉克费米子物理开辟了一个前所未有的和长期寻求的平台。
2016-04-28 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Weyl semimetals as catalysts
寻找高效、低成本的催化剂是催化化学的主要驱动力之一。目前的催化剂设计策略集中在增加局部催化位点的数量和活性，例如析氢反应（HER）中二硫化钼的边缘位点。在这里，我们提出并证明了一个不同的原则，超越了本地网站优化，利用拓扑电子状态，材料的全局属性，刺激催化活性。对于HER，我们已经在过渡金属铌酸盐- NbP，TaP，NbAs和TaAs -中发现了优异的催化剂，这些过渡金属铌酸盐最近被发现是拓扑Weyl半金属。除了自由能的考虑，我们探讨了金属性，载流子迁移率和拓扑电子状态的作用，这些材料的显着HER性能。强大的拓扑表面状态和大的室温载流子迁移率的组合，这两者都源于体狄拉克带的外尔半金属似乎是良好的HER催化剂的配方。我们的工作为从新兴的拓扑材料领域发现新型催化剂提供了指导原则。
2016-08-12 cond-mat.mtrl-sci
Anisotropic and extreme magnetoresistance in the magnetic semimetal candidate Erbium monobismuthide
稀土铌酸盐具有丰富的物理行为，其基态的自旋序和轨道序最为显著。在这里，我们生长了ErBi单晶，并研究了它的磁、热、电性质。磁熵和磁化强度的分析表明，ErBi的弱磁各向异性可能来源于混合效应，即Er 3+（4f 11）的各向异性基态与各向同性激发态通过交换相互作用混合。在低温下，观察到一个非常大的磁电阻（~104%）与抛物线磁场的依赖关系，这可以归因于几乎完美的电子空穴补偿和载流子迁移率。当磁场在ab（ac）平面内旋转，电流沿b轴流动时，ErBi中的角磁阻表现出二重（四重）对称性。在LaBi中也观察到类似的情况，其中各向异性费米面主导低温输运。理论计算表明，ErBi在费米能级附近的电子能带结构与LaBi相似。这些结果表明，ErBi的角磁电阻主要由其各向异性的费米面拓扑结构决定。此外，还讨论了自旋相关散射、自旋-轨道散射和退磁关联对ErBi角磁电阻的影响。
2020-09-17 cond-mat.mtrl-sci
Magneto-optics of a Weyl semimetal beyond the conical band approximation: the case study of TaP
朗道能级光谱学是对强磁场作用下材料中电子的光学分析，是电子能带结构的多功能探针，已成功地用于识别物质的新状态，如狄拉克电子、拓扑材料或外尔半金属。后者产生于晶体对称性、自旋轨道相互作用和电子能带的逆序之间复杂的相互作用。在这里，我们报告不寻常的朗道能级跃迁的铌酸钽，减少能量与增加磁场。我们发现，这些过渡自然出现在中间能量的时间反演不变的Weyl半金属的Weyl节点形成的部分带隙的能带结构的环形。我们提出了一个简单的理论模型的电子带在这些外尔材料，捕获收集的磁光数据在很大程度上。
2020-04-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Temperature-dependent Fermi surface probed by Shubnikov-de Haas oscillations in topological semimetal candidates DyBi and HoBi
本研究探讨了拓扑半金属候选材料DyBi和HoBi的磁输运性质，发现极大磁阻并需引入扩展Kohler定则，通过Shubnikov-de Haas振荡揭示了费米面的温度依赖性及其与磁输运性质的相关性。
2024-01-04 cond-mat.mtrl-sci
Evidence of topological insulator state in the semimetal LaBi
采用角分辨光电子能谱结合第一性原理计算，对具有极大磁电阻（XMR）的LaBi的电子结构进行了系统的研究，理论预测LaBi具有带反交叉和非平凡的拓扑性质.在这里，费米表面拓扑结构和能带色散的观察结果与以前对LaSb的研究相似[Phys. Rev. Lett. 117，127204（2016）]，拓扑平凡的XMR半金属，除了沿着$Γ$ - $X$方向存在带反转，在$X$和$Γ$点处分别具有一个无质量和一个带隙的Dirac样表面态。奇数个无质量狄拉克锥表明LaBi类似于时间反演的$Z_2$非平凡拓扑绝缘体。这些发现为从拓扑相变的角度探索稀土铌酸盐的新拓扑态及其演化开辟了新的途径。
2017-03-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Cubic Dirac Semimetals: General Theory and Application to Rare-Earth Magnets
该研究建立含偶然能带交叉与高阶拓扑的立方 DSM 最小模型，结合候选磁序揭示 Z2 手性对称性对表面和铰链态的作用，并联系稀土单磷族化合物的实验数据。
2025-03-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Towards Weyltronics: Realization of epitaxial NbP and TaP Weyl Semimetal thin films
外尔半金属（Weyl Semimetals，WSMs）是最近发现的一种拓扑态物质，其电子结构受线性带色散和简并（Weyl）点的控制，导致了丰富的物理现象，这些物理现象在薄膜器件中尚待开发。虽然WSM在几年前建立在铌酸盐化合物家族中，但薄膜的生长仍然是一个挑战。在这里，我们报告的NbP和TaP的外延薄膜的生长通过分子束外延。单晶薄膜生长在MgO（001）衬底上使用薄的Nb（Ta）缓冲层，并被发现是拉伸应变（1%）和轻微的P-丰富的化学计量相对于散装晶体。所得电子结构表现出P-终止表面和线性色散带的拓扑表面状态特征，与计算的能带结构一致，费米能级相对于Weyl点的位移为-0.2 eV。因此，电子输运由空穴和电子主导，室温下载流子迁移率接近10^3 cm 2/Vs。外延薄膜的生长开辟了应变和受控掺杂的使用，以按需访问和调整Weyl Semimetals的电子结构，为合理设计和制造受拓扑结构支配的电子器件铺平了道路。
2019-09-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Influence of anisotropy, tilt and pairing of Weyl nodes: The Weyl semimetals TaAs, TaP, NbAs and NbP
本文通过从头算和模型哈密顿量研究四种单磷族化合物Weyl半金属，揭示Weyl节点各向异性、倾斜及配对对电子性质的影响，并指出节点间平面的Zak相和绕数表明拓扑特征。
2019-11-05 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Unusual magnetotransport in holmium monoantimonide
本文报道了反铁磁基态半金属HoSb的磁输运性质。HoSb在低温和高磁场下表现出极大的磁电阻（XMR）和Shubnikov-de Haas（SdH）振荡。与以往报道的其他稀土铌酸盐不同，HoSb的$ρ(B)$和$ρ_{xy}(B)$曲线出现扭结，电阻率随磁场的变化出现平台，这是由磁相变引起的。对SdH振荡的快速傅里叶变换分析揭示了非对称自旋轨道相互作用引起的费米面分裂。从SdH振荡中提取的Berry相位表明了HoSb在磁场存在下可能的非平凡电子结构。霍尔测量表明，XMR源于电子-空穴补偿和高迁移率。
2018-05-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Epitaxial growth, magnetoresistance, and electronic band structure of GdSb magnetic semimetal films
基于稀土族元素化物（RE-V）晶体中的极磁阻效应（XMR）的观察以及基于薄膜半金属的新型自旋电子和等离子体器件的新兴应用，我们研究了生长在III-V族半导体表面上的外延GdSb薄膜的电子能带结构和输运行为。GdSb中的Gd 3+离子具有高自旋S=7/2，并且没有轨道角动量，作为一个模型系统，用于研究反铁磁有序和强交换耦合对RE-Vs的费米表面和磁输运性质的影响。我们提出了一个表面和结构表征研究，映射了在III-V晶格上生长的薄外延GdSb薄膜的最佳合成窗口。通过分子束外延匹配缓冲层。为了确定限制RE-V薄膜中XMR的因素并为RE-V拓扑相的能带结构预测提供基准，研究了GdSb薄膜的电子能带结构，比较了从磁输运、角分辨光电子能谱（ARPES）和密度泛函理论（DFT）计算中提取的载流子密度。ARPES显示空穴载流子丰富的拓扑平凡的半金属能带结构接近完全的电子空穴补偿，通过量子阱态的存在观察到的薄膜中的量子限制效应。DFT预测的费米波矢量与从磁场相关的电阻率测量中观察到的量子振荡获得的值非常一致。尽管空穴载流子密度较高，但测量到富电子霍尔系数，这归因于较高的电子霍尔迁移率。载流子迁移率受到表面和界面散射的限制，导致比体晶体测得的磁阻低。
2022-10-26 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Electron-hole compensation effect between topologically trivial electrons and nontrivial holes in NbAs
通过角Shubnikov-de Hass（SdH）量子振荡测量，我们确定的费米表面拓扑结构的NbAs，外尔半金属候选人。SdH振荡由两个频率组成，对应于两个费米面极值：20.8 T（$α$ -口袋）和15.6 T（$β$ -口袋）。包括朗道扇形图在内的分析表明，$β$ -口袋的Berry相为$π$，有效质量小，为$\sim$ 0.033 $m_0$，表明在动量空间中存在非平凡拓扑;而$α$ -口袋的平凡Berry相为0，有效质量较重，为$\sim$ 0.066 $m_0$ .从有效质量和$β$口袋频率，我们确定外尔节点是110.5毫电子伏的化学势。在该体系中讨论了一种新的电子-空穴补偿效应，并讨论了其对磁输运性质的影响。讨论了NbAs与其它铌酸盐Weyl半金属的区别。
2015-12-02 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.quant-gas cond-mat.str-el
Topological phase transition and tunable surface states in YBi
本文基于混合密度泛函理论研究了YBi的拓扑性质，发现其在6.5 GPa压力或3%外延应变下可发生从平庸到非平庸的拓扑相变，是探究极大磁阻与拓扑关联的理想材料。
2023-09-11 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
