High-pressure phases of Weyl semimetals NbP, NbAs, TaP and TaAs
采用晶体结构搜索和第一性原理计算相结合的方法，系统地研究了TaAs族（NbP，NbAs，TaP和TaAs）的高压相图。计算结果表明，NbAs和TaAs具有相似的相图，具有相同的结构相变序列：I 41 md $\rightarrow$ P-6 m ~ 2 $\rightarrow$ P ~（21）/c $\rightarrow$ Pm-3 m，但相变压力略有不同。NbP和TaP的相变顺序与NbAs和TaAs的相变顺序有些不同。其中出现新的结构，例如，NbP中的Cmcm结构和TaP中的Pmmn结构。有趣的是，在高压相P-6 m2-NbAs的电子结构中，与高压相P-6 m2-TaAs类似，同时存在Weyl点和三重简并点。
2017-08-14 cond-mat.mtrl-sci
Large Nernst Power Factor over a Broad Temperature Range in Polycrystalline Weyl Semimetal NbP
拓扑材料的发现为利用新材料进行热能-电能转换提供了新的机会，因为它们与热电材料具有许多共同的特性。本文报道了拓扑Weyl半金属NbP的磁热电性质和能斯特效应。我们发现，多晶，散装NbP显示出显着更大的能斯特热电势比其常规的热电势下磁场。结果，在9 T和136 K下实现了~ 35*10-4 Wm-1 K-2的最大能斯特功率因数，这是其常规功率因数的4倍，也与最先进的热电器件相当。此外，能斯特功率因数在宽的温度范围内保持相对大的值。这些结果表明，基于能斯特效应和横向输运的拓扑半金属可以实现热电性能的增强。
2020-03-26 cond-mat.mtrl-sci
Hidden type-II Weyl points in the Weyl semimetal NbP
NbP是最近发现的Weyl半金属之一，具有两组Weyl点，一组位于$k_z=0$平面内，另一组远离该平面。所有的外尔点都被假定为I型，当费米能穿过外尔点时，费米面收缩成一个点。在这项工作中，我们已经发现，第二组外尔点实际上是II型，这被发现是费米表面的电子和空穴口袋之间的接触点。相应的外尔锥在$k_x - k_z$（或$k_y - k_z$）平面中沿着一条近似于$17^\circ$的线从$k_z$轴上强烈倾斜，违反了洛伦兹对称性，但仍然在表面上产生费米弧。因此，NbP表现出I型（$k_z=0$平面）和II型（$k_z \neq 0$平面）Weyl点。
2017-08-23 cond-mat.mtrl-sci
Comparative Raman study of Weyl semimetals TaAs, NbAs, TaP and NbP
本文报道了Weyl半金属TaAs、NbAs、TaP和NbP的偏振拉曼光谱的比较研究。声子频率随样品组成的演化使我们能够通过实验确定每个振动模式主要涉及哪些原子。我们的结果证实了第一性原理计算的结果，即A $_1$，B $_1(2)$，E $(2)$和E $(3)$模主要涉及As（P）原子，B $_1(1)$模主要涉及Ta（Nb）原子，E $(1)$模涉及两种原子.通过比较不同模式的能量，我们确定了B $_1(1)$，B $_1(2)$，E $(2)$和E $(3)$随着化学压强的增加而变硬。这种行为与我们对A $_1$模式的观察不同，A $_1$模式的能量减少，与其在外部压力下的行为相反。
2016-06-02 cond-mat.mtrl-sci
Mobility induced unsaturated high linear magnetoresistance in transition-metal monopnictides Weyl semimetals
半金属过渡金属氧化物中Weyl费米子的发现是凝聚态物理的重大突破。Weyl半金属的特征是存在鲁棒Weyl点和费米弧形式的非闭合拓扑表面态。Weyl半金属过渡族铌酸盐的四种化合物，即NbP、TaP、NbAs和TaAs，都表现出极高的迁移率和不饱和的高磁电阻（MR）。例如，NbP在1.85 K时的MR值为8.5x10^5%，TaAs在3 K、9 T时的MR值为1.5x10^5%。NbP在2 K下也实现了非常低的残余电阻率值0.63微欧姆cm，这是由于抑制了散射，导致超高迁移率5x10^6 cm^2/Vs。有趣的是，我们发现这些化合物的迁移率对于如此大的MR起着重要的作用。
2016-06-21 cond-mat.mtrl-sci
Topological Lifshitz transition in Weyl semimetal NbP decorated with heavy elements
利用角分辨光电子能谱（ARPES）研究了NbP半金属表面原位覆盖重元素Pb和Nb掺杂层后的费米面改性。首先，电子结构进行了研究的原始单晶与两个可能的终端（P和Nb）的（0 0 1）表面。这两个分裂平面的电子态的性质是不同的：P-终止的表面显示匙形和领结形指纹，而这些形状不存在于Nb-终止的表面。ARPES研究表明，即使是一个单层（ML）的铅引起拓扑量子Lifshitz转变（TQLT）在P-和Nb-终止的表面。沉积的Pb 5d电子具有较宽的扩展原子轨道，这导致与Pb终止表面的强杂化以及费米能的相应移动。Nb扰动系统的能力比Pb小，因为Nb的自旋-轨道耦合比Pb弱。铌终止表面进行表面装饰与约1.3 ML的铌显示没有显着的修改在费米表面。在Nb修饰的P-终止表面的情况下，约1 ML的沉积修改了NbP的电子结构，并且它处于TQLT的边缘。尽管表面上的重元素的强自旋轨道和强杂化，但由于体拓扑的鲁棒性，可以观察到表面态的TQLT。
2022-07-04 cond-mat.mtrl-sci
Evidence for trivial Berry phase and absence of chiral anomaly in semimetal NbP
我们报告了详细的磁输运研究在NbP单晶。用气相传输法生长出了高质量的晶体。一个非常大的磁阻被证实在低温下，这是非饱和，并在高场线性。解释线性磁阻模型进行了讨论，有人认为，在铌磷这是联系在一起的载流子迁移率波动。没有看到负的纵向磁电阻，不像其他几个外尔铌酸盐，这表明缺乏明确的手征异常在NbP。在低温下观察到与Berry相相关的Unambibibrium Shubnikov-de-Haas振荡。朗道扇形图表明，在NbP晶体对应的费米面极值在30.5特斯拉平凡贝瑞相。
2016-08-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Optical conductivity of the Weyl semimetal NbP
本文研究了（001）取向NbP单晶在6meV~3eV宽光谱范围内的光学性质。巡回运营商导致德鲁德式的贡献的光学响应，我们可以进一步确定两个明显的声子模式和带间跃迁已经开始在相当低的频率。通过将我们的实验结果与计算的带间电导率进行比较，我们可以将测量电导率中观察到的特征归因于某些带间跃迁。特别是，我们发现，由自旋轨道耦合分裂的电子带之间的过渡主导的带间电导率低于100毫电子伏的铌磷。在低温下，NbP中巡游载流子的动量弛豫散射率非常小，导致动量弛豫的宏观特征长度尺度约为0.5 $μ$ m。
2018-03-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Negative Magnetoresistance in Weyl semimetals NbAs and NbP: Intrinsic Chiral Anomaly and Extrinsic Effects
手征反常引起的负磁电阻（NMR）已被广泛用作拓扑半金属中外尔费米子存在的重要输运证据。在这篇小综述中，我们讨论了非中心对称的NbP和NbAs的NMR现象的一般观察。我们表明，NMR可以贡献的外尔费米子和/或外在的影响，如叠加的霍尔信号，场依赖的非均匀的电流在体，即电流喷射，和弱本地化（WL）共存的平凡载流子的内禀手性异常。这种WL控制的NMR在很大程度上取决于样品质量，其特征在于在升高的温度下从正向负MR增长的明显交叉，作为相相干时间和体平凡口袋的自旋轨道散射常数之间的竞争的结果。因此，需要仔细检查NMR和手性异常的相关性，而无需其他互补技术的支持。由于自旋简并度的提升，外尔费米子的自旋方向与动量平行或反平行，这是一种独特的物理性质，称为螺旋度。螺旋度守恒为外尔费米子的输运提供了强有力的保护，而外尔费米子只能被磁性杂质有效地散射。因此，磁性和非磁性杂质的化学掺杂在探测外尔费米子的存在方面比NMR方法更有说服力。
2016-12-13 cond-mat.mtrl-sci
Thermopower and thermal conductivity in the Weyl semimetal NbP
外尔半金属NbP表现出极大的磁阻（MR）和超高的迁移率。大的MR源于电子型和空穴型载流子之间近乎完美的补偿和高迁移率的组合，这与拓扑能带结构有关。在这项工作中，我们报告的温度和场依赖性的热电势和导热系数的实验NbP。此外，我们进行了补充热容，磁化和电阻率测量。在9 T的磁场下，我们发现了一个在50 K时最大值为800 $μ$ V/K的巨绝热磁热电势。在散装材料中很少观察到如此大的影响。我们认为，这种效应的起源可能与高的电荷载流子迁移率。我们进一步观察到显着的量子振荡的热导率和热电。所得到的频率比较以及与我们的热容和磁化数据。
2017-05-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Surface conduction and reduced electrical resistivity in ultrathin noncrystalline NbP semimetal
该研究发现低温沉积的超薄非晶 NbP 半金属因表面导电沟道、高表面载流子密度和良好迁移率，电阻率随厚度减小而显著降低，为纳米电子低阻导线提供新途径。
2025-01-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Enabling P-type Conduction in Bilayer WS2 with NbP Topological Semimetal Contacts
针对p型WS2晶体管因深价带和带隙中间态难以实现的问题，提出利用拓扑半金属NbP作为双层WS2的p型接触，在室温下实现创纪录的5.8 μA/μm空穴电流，且该室温溅射工艺与CMOS兼容。
2024-09-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
Theoretical Discovery/Prediction: Weyl Semimetal states in the TaAs material (TaAs, NbAs, NbP, TaP) class
最近在石墨烯和拓扑绝缘体表面发现的狄拉克费米子引起了全世界对物理学和材料科学的兴趣。外尔半金属是一种不寻常的晶体，其中电子也表现为无质量的准粒子，但有趣的是它们不是狄拉克费米子。这些无质量的粒子，即外尔费米子，最初被认为是无质量的量子电动力学，但在自然界中还没有被观察到作为基本粒子。外尔半金属提供了外尔费米子的凝聚态实现，导致独特的传输特性与新的设备应用。在这里，我们从理论上确定第一Weyl半金属在一类化学计量材料（TaAs，NbAs，NbP，TaP），打破晶体反转对称性，包括TaAs，TaP，NbAs和NbP。我们的第一性原理计算为基础的预测TaAs揭示了自旋极化外尔锥和费米弧表面状态在这个化合物。我们还观察到具有相同手征电荷的外尔点对投射到表面布里渊区的同一点上，从而产生多个费米弧连接到给定的外尔点。我们的研究结果表明，TaAs是第一个拓扑半金属确定不依赖于微调的化学成分或磁序，极大地促进了外尔物理在实际材料中的探索。(Note添加了：2014年11月的这一理论预测（见《自然通讯》上的论文）是TaAs中Weyl费米子和拓扑费米弧的首次实验发现的基础，最近发表在《科学》（2015）上，网址为http：//www.sciencemag.org/content/early/2015/07/15/science.aaa9297.full.pdf）
2015-07-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Doping as a tuning mechanism for magneto-thermoelectric effects to improve zT in polycrystalline NbP
外尔半金属结合了拓扑和半金属效应，使它们成为有趣和有效的热电输运性质的候选者。在这里，我们提出了多晶NbP的实验结果，证明了同时存在的一个大的能斯特效应和一个大的磁塞贝克效应，这是通常不会在同一温度下观察到的单一材料。我们比较运输结果从两个多晶样品的NbP与以前发表的工作，观察的最大能斯特和磁塞贝克热电势发生的温度的变化，同时仍然保持类似的幅度的热电势。理论模型表明，掺杂如何强烈改变塞贝克和能斯特磁热势的温度依赖性的化学势的变化，和相应的计算提供了一致的解释我们的结果。因此，我们提供掺杂作为调谐机制，用于将磁热电效应转移到适合于器件应用的温度，从而在期望的工作温度下提高zT。此外，同时存在一个大的能斯特和磁塞贝克热电是不常见的，并提供了独特的设备优势，如果热功率添加使用。在这里，我们还提出了一种独特的热电装置，它将共同利用大能斯特和磁塞贝克热功率，大大提高传统热电装置的输出和zT。
2022-11-23 cond-mat.mtrl-sci
Experimental signatures of the mixed axial-gravitational anomaly in the Weyl semimetal NbP
外尔半金属是一种材料，在这种材料中，电子有效地表现为一种无质量的相对论粒子，称为外尔费米子。这些粒子有两种味道，或称手征性，并且受到量子反常的影响，即量子涨落打破了守恒定律。例如，在平行的电场和磁场中，每种手征的外尔费米子的数量并不独立守恒，这种现象被称为手征异常。此外，一个潜在的弯曲时空提供了一个独特的贡献，手征不平衡，一种被称为混合轴向引力异常的效应，这仍然是实验上难以捉摸的。然而，混合规范重力异常的存在最近被绑到热电输运在磁场，即使在平坦的时空，打开了大门，实验探测这种类型的异常外尔半金属。利用温度梯度，在共线温度梯度和磁场（DT）条件下，我们在Weyl半金属NbP中实验观察到正的纵向磁热电导（PMTC|| B）在超量子极限中消失。这一观测结果与轴向重力混合异常的存在相一致。我们的工作提供了明确的实验证据，存在一个混合的轴向引力异常的外尔费米子，一个杰出的理论概念，到目前为止，逃避实验检测。
2017-03-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci hep-th
Topological surface states and Fermi arcs of the noncentrosymmetric Weyl semimetals TaAs, TaP, NbAs, and NbP
最近的拓扑Weyl半金属（WSM）状态被预测在非中心对称化合物TaAs，TaP，NbAs和NbP，并很快导致光电发射和传输实验，以验证假定的拓扑性质，如费米弧（未封闭的费米面）和手性异常。在本工作中，我们对这四种WSM材料的表面能带结构进行了全面的\textit{ab initio}计算，揭示了具有自旋-动量锁定自旋织构的费米弧。在（001）极面上，费米面的形状敏感地依赖于表面终端（阳离子或阴离子），尽管它们表现出与弧相同的拓扑结构。阴离子（P或As）终止的表面被发现适合最近的光电发射测量。这种表面势的依赖性表明，费米表面的形状可以通过沉积客体物种（如K原子）来操纵，正如我们所证明的。在没有反转对称性的WSM的极性表面上，Rashba型自旋极化自然存在于表面态中，并导致强烈的自旋织构。通过跟踪费米面的自旋极化，我们还可以区分费米弧和平凡的费米圆。四种化合物NbP、NbAs、TaP和TaAs在能带结构中呈现出增大的自旋轨道耦合（SOC）幅度。通过比较它们的表面态，我们揭示了当SOC从零增加到有限值时，拓扑费米弧从自旋简并费米圆到自旋分裂费米弧的演化。我们的工作将有助于我们理解WSM的复杂表面状态，并允许我们操纵它们，特别是对于未来的自旋旋转光电发射和输运实验。
2015-09-16 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
Effect of uniaxial stress on the electronic band structure of NbP
外尔半金属NbP具有由两个电子和两个空穴袋组成的非常小的费米表面，其在$k$空间中的四重简并与下面的四元晶格的旋转对称性有关。通过施加单轴应力，晶体的对称性可以降低，这相继导致费米面口袋的简并提升。当磁场沿着四元晶格的$c$轴排列时，这通过Shubnikov-de Haas频率的分裂来反映。在这项研究中，我们提出了测量的Shubnikov-de Haas振荡的单轴拉伸下的单晶NbP样品，结合国家的最先进的计算的电子能带结构。我们的研究结果表明，计算和实验确定的Shubnikov-de Haas频率之间的定性协议，表明引入应变后的带结构计算的鲁棒性。此外，我们预测随着单轴张力的增加，外尔点的显著移位，允许沿$a$轴仅在0.8%的应变下有效地调谐到费米能级。
2020-07-02 cond-mat.mtrl-sci
Chiral anomaly induced negative magnetoresistance in topological Weyl semimetal NbAs
本文报道了外磁场与电场平行时NbAs中Weyl费米子的锥间输运，这种量子现象称为Adler-Bell-Jackiw反常.令人惊讶的是，NbAs中产生的负磁阻（MR）显示出与NbP的显著差异。所观察到的低场正MR下降，这是在低温下失踪的NbP，表明自旋轨道耦合（SOC）是显着更强的NbAs比前者。结果表明，砷对TaAs和NbAs中有机碳的贡献不可忽略。
2015-06-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Hydrogen Chemisorption and Current-Induced Spin Polarization on NbP
Emory University（埃默里大学）
通过DFT和Wannier方法研究NbP(001)表面氢吸附，发现拓扑表面态对吸附热力学影响微弱，但主导费米能级杂化和电流诱导的自旋极化。
2026-07-31 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Static and Dynamic Electronic Properties of Weyl Semimetal NbP -- A Single Crystal $^{93}$Nb-NMR Study
本文利用NMR技术研究了Weyl半金属NbP单晶的静态与动态电子性质，测定了四极与超精细相互作用参数，并揭示了其Knight位移量子振荡及自旋-晶格弛豫率与TaP、TaAs的显著差异。
2024-10-17 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Probing the shape of the Weyl Fermi surface of NbP using transverse electron focusing
本研究结合量子振荡与横向电子聚焦技术，精确测定了Weyl半金属NbP费米面的花生形横截面及Weyl点间距，并提取了体Weyl费米子的输运性质，展示了测量复杂费米面几何的新方法。
2024-04-19 cond-mat.mtrl-sci
Spin-orbit interaction driven collective electron-hole excitations in a noncentrosymmetric nodal loop Weyl semimetal
NbP是一类新的节环半金属的成员，其特征在于自旋轨道耦合（SOC）的协同效应和缺乏反转中心。本文用密度泛函理论方法研究了NbP的输运和光谱性质。SOC与缺乏反转对称性一起分裂简并，产生含有4*10个$^{-4}$电子（空穴）载流子/f.u.的“俄罗斯娃娃嵌套”费米表面。由于Nb中的SOC强度适中，费米面绘制出Weyl节环。计算的结构T $^*$ ~100 K的运输性能再现以及观察到的运输行为时，只有SOC包括在内，证明（微妙的）计算和样品的化学计量的精度。在20-60 meV范围内的低能量集体电子空穴激发（等离子体激元）由节环分裂产生。
2016-09-23 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Atomic Scale Visualization of Quantum Interference on a Weyl Semimetal Surface by Scanning Tunneling Microscopy/Spectroscopy
在石墨烯和拓扑绝缘体之后，外尔半金属可能会在凝聚态物理、材料科学和纳米技术领域开创一个新时代。我们报告的第一个原子尺度的表面态的Weyl半金属（NbP）使用扫描隧道显微镜/光谱。我们观察到相干量子干涉图案，所产生的准粒子附近的点缺陷的表面上的散射。测量揭示了表面的电子结构低于和高于化学势在真实和互惠空间。此外，干涉图揭示了NbP的奇异表面态的散射过程。通过实验数据与理论计算的比较，我们进一步发现散射通道在很大程度上受到表面能带的轨道和/或自旋织构的限制。散射过程的可视化可以帮助设计新颖的输运效应和电子学的拓扑表面上的外尔半金属。
2015-11-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Water structure near the surface of Weyl semimetals as catalysts in photocatalytic proton reduction
Dynamics of Condensed Matter and Center for Sustainable Systems Design, Chair of Theoretical Chemistry, Paderborn University（帕德博恩大学凝聚态动力学与可持续系统设计中心理论化学教席）
本研究通过QM/MM分子动力学模拟结合实验，揭示外尔半金属表面水结构与光催化质子还原活性的关联，发现光敏剂电荷对催化性能有关键作用。
2020-04-21 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph physics.comp-ph
Model for charge carrier spectra in topological semimetals of the TaAs family
B. Verkin Institute for Low Temperature Physics & Engineering of the National Academy of Sciences of Ukraine（乌克兰国家科学院B.维尔金低温物理与工程研究所）；Institute of Low Temperature and Structure Research, Polish Academy of Sciences（波兰科学院低温结构研究所）
本文提出四能带模型，用于分析拓扑半金属TaAs族中Weyl点附近的载流子能谱，无需复杂计算。
2025-12-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Comparative study of phonon-limited carrier transport in the Weyl semimetal TaAs family
本研究通过第一性原理玻尔兹曼输运方程系统比较了TaAs家族Weyl半金属的声子限制输运，发现NbP电导率最高而TaAs最低，并揭示了掺杂和费米面拓扑对输运的影响。
2025-10-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Helicity protected ultrahigh mobility Weyl fermions in NbP
非中心对称过渡金属双金属氧化物（包括TaAs、TaP、NbAs和NbP）是一种新兴的拓扑Weyl半金属（WSMs），含有奇异的相对论Weyl费米子。在这封信中，我们阐明了NbP前所未有的载流子迁移率的物理起源，它可以达到$1\times10^{7}$ cm $^{2}$ V $^{-1}$ s $^{-1}$在1.5 K。角度和温度相关的量子振荡，密度泛函理论计算的支持下，揭示了NbP具有共存的p-和n-型WSM口袋在$k_{z}$ =1.16 $π$ /c平面（W1-WSM）和在$k_{z}$ =0平面附近的高对称点$Σ$（W2-WSM），分别。独特的是，每个W2-WSM口袋形成一个大的哑铃形费米面（FS）包围两个相邻的外尔节点具有相反的手征。NbP中的磁输运由这些高度各向异性的W2-WSM口袋主导，其中Weyl费米子通过与手征节点相关的实自旋守恒而很好地保护免于缺陷背散射。当掺杂量为$\sim$ 1% Cr时，由于对磁性杂质的螺旋保护失效，NbP的迁移率降低了两个数量级以上.螺旋度保护的外尔费米子输运也表现在手征异常诱导的负磁电阻中，由W1-WSM态控制。在低于10 K的量子区，杂质的谷间散射时间变成一个大的常数，在低磁场下产生急剧的和几乎相同的电导率增强。
2016-03-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Distinct evolutions of Weyl fermion quasiparticles and Fermi arcs with bulk band topology in Weyl semimetals
外尔半金属相是最近发现的一种拓扑量子态，其特征在于在费米能级附近存在拓扑保护简并。这些简并是奇异现象的来源，包括在体中实现手征外尔费米子作为准粒子和在表面形成费米弧态。在这里，我们表明，这两个关键的签名显示不同的演变与散装带拓扑结构进行角分辨光电子能谱，支持第一性原理计算，过渡金属单磷化物。虽然外尔费米子准粒子只存在于化学势位于外尔锥特征的两个鞍点之间时，但费米弧态在更大的能量尺度上延伸，并且在与包含一个外尔点的两个非平凡费米表面重组成包含两个相反手征的外尔点的单个平凡费米表面相关的体Lifshitz跃迁中是鲁棒的。因此，在某些系统（如NbP）中，拓扑费米弧状态被保存，即使外尔费米子准粒子在体中不存在。我们的研究结果不仅提供了深入了解的奇异物理现象和Weyl半金属的本征体能带拓扑结构之间的关系，但也解决了明显的困惑，观察到不同的磁输运性质的TaAs，TaP和NbP，费米弧状态是相似的。
2017-02-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
Similar ultrafast dynamics of several dissimilar Dirac and Weyl semimetals
近年来，人们迅速发现了低能电子具有无质量线性色散的固体，如外尔、线结和狄拉克半金属。在这些材料中预测的显着的光学性质显示了它们在光电用途上的多方面潜力。然而，人们对它们吸收光子后在皮秒内的反应知之甚少。在这里，我们测量的超快动力学的四种材料，共享非平凡的能带结构拓扑结构，但不同的化学，结构，并在其低能量的能带结构：ZrSiS，其中主机的狄拉克线节点和狄拉克点; TaAs和NbP，这是Weyl半金属;和Sr $_{1-y}$ Mn $_{1-z}$ Sb $_2$，其中狄拉克费米子共存的时间反演对称性破缺。在短脉冲光激发后，所有四个弛豫分两个阶段，第一个亚皮秒，然后几皮秒。它们的快速弛豫表明，这些材料和相关材料可能适用于光学开关和快速红外探测器。折射率的复杂变化表明，光激发载流子的人口持续几皮秒。
2017-12-19 cond-mat.mtrl-sci
Consequences of breaking time reversal symmetry in LaSb: a resistivity plateau and extreme magnetoresistance
时间反演对称性（TRS）保护了拓扑绝缘体（TI）的金属表面模。TI的鲁棒金属表面模式的运输签名是一个平台，逮捕指数发散的绝缘体随着温度的降低。在从Bi2Te2Se到SmB6的所有TI候选物中观察到这种普遍行为。最近，几种拓扑半金属（TSM）已被发现，表现出极端的磁阻（XMR）和TI的普遍电阻率的行为，揭示只有当打破TRS，一个制度，TI理论上不再存在。在这些新材料中，TaAs和NbP因其缺乏反转对称性而被提名为Weyl半金属，Cd 3As 2因其在费米能级处的线性带交叉而被提名为Dirac半金属，WTe 2因其完美的电子-空穴对称性而被提名为共振补偿半金属。在这里，我们介绍了LaSb，一种简单的岩盐结构材料，没有破缺的反转对称性，没有完美的线性带交叉，没有完美的电子空穴对称性。然而，锑化镧描绘了所有的异国情调的领域诱导上述半金属的行为在一个原型的方式。它显示了（a）在15 K时具有平台的通用TI电阻率，由磁场揭示，（b）平台区域中载流子的载流子迁移率，（c）具有非平凡Berry相位的量子振荡，以及（d）在9特斯拉时约为10000000%的XMR，只有WTe 2和NbP可以与之匹敌。由于其戏剧性的简单性，LaSb是理想的模型系统，制定一个理论上的理解打破TRS的TSM的异国情调的后果。
2015-10-23 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Weyl semimetal phase in non-centrosymmetric transition metal monophosphides
基于第一性原理计算，我们证明了包括TaAs、TaP、NbAs和NbP在内的一类半导体材料都是无反转中心的Weyl半金属（WSM）。我们发现，在整个布里渊区（BZ）的12对外尔点的每一个。在没有自旋-轨道耦合（SOC）的情况下，镜像不变平面中的带反转导致能量-动量色散中的无隙节环。这些材料中的强SOC然后在镜像平面中打开全部间隙，产生非零镜像陈氏数和离开镜像平面的外尔点。在（001）和（100）表面上得到的表面态费米弧结构也显示出有趣的形状，为未来的实验研究指出了迷人的游乐场。
2015-01-05 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Current-Voltage Characteristics of Weyl Semimetal Semiconducting Devices, Veselago Lenses and Hyperbolic Dirac Phase
围绕外尔半金属构建的一系列新器件的电流-电压特性已经使用Landauer形式主义进行了预测。势阶和势垒已经被重新考虑为三维Weyl半金属，与二维材料石墨烯和光学类比。使用我们的研究结果，我们还表明如何Veselago透镜可以从外尔半金属，例如从NbAs和NbP。这样的透镜可以有许多实际应用，并且可以用作扫描隧道显微镜（STM）中的探针。外尔费米子在半金属针尖内传输的弹道特性，结合外尔费米子在针尖表面上的理想聚焦（通过Veselago透镜），可以产生从针尖到所研究材料表面的非常窄的电子束。利用Weyl半金属探测头，本STM的分辨率可以显著提高，并且人们不仅可以对单个原子成像，而且可以对单个电子轨道或化学键成像，从而解决化学键和氢键形成的长期问题。我们表明，施加压力的外尔semimental，没有中心的空间反演一个可能的模型在极端的条件下，如那些出现在附近的一个黑洞的问题。由于材料Cd 3As 2和Na 3Bi在它们的狄拉克锥中显示出不对称性，因此使用比例因子来模拟这种不对称性。比例因子产生了额外的无传播区域，并压缩了共振的外观。我们认为，外压作用下，外尔半金属可能发生拓扑相变，电子输运性质发生变化，变为各向异性。在强光吸收和光电流产生的地方出现双曲狄拉克相。
2017-06-10 cond-mat.mtrl-sci
Orbital Hall Effect in Weyl Semimetals from quantum geometric band interference
University of Bologna（博洛尼亚大学）；Max Planck Institute for the Structure and Dynamics of Matter（马普结构动力学研究所）；Universität Würzburg（维尔茨堡大学）；Universidad del País Vasco（巴斯克大学）；The Flatiron Institute（平顿研究所）
本文针对TaAs家族外尔半金属，结合从头算密度泛函理论与最小外尔模型，揭示了轨道角动量输运、带几何与拓扑电子结构的直接联系，为理解轨道霍尔效应的微观机制提供了依据。
2026-08-17 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
The inadequacy of the $ρ$-T curve for phase transitions in the presence of magnetic fields
该研究通过第一性原理与玻尔兹曼方法分析SiP₂和NbP的磁电阻，揭示磁场下ρ(T)曲线中的金属-绝缘体转变及重入金属态源于磁电阻标度行为而非真实相变，挑战了传统相变判据。
2024-07-14 cond-mat.mtrl-sci
Circular photocurrent in Weyl semimetals with mirror symmetry
本文从理论上研究了具有反射面的点对称群和具有相反手征的等价谷的Weyl半金属。这些包括最常研究的化合物，即过渡金属铌酸盐TaAs、NbAs、TaP、NbP以及Bi $_{1-x}$ Sb $_x$合金。圆形光电流，反转其方向下的光的圆偏振反转，已计算的直接光学跃迁附近的外尔点下的光吸收。在所研究的材料中，所有谷的光电流的总贡献是非零的，只有超出简单的Weyl模型，即，如果有效电子哈密顿量扩展到包含各向异性自旋相关的线性贡献连同自旋无关的倾斜或自旋相关的贡献立方的电子波矢量$\bf{k}$。考虑到$C_{4v}$对称的外尔半金属中能量色散锥的倾斜，光电流可以用决定外尔节点附近载流子能谱的二阶对称张量的分量来表示;在低温下，这种对光电流的贡献是在一定的有限频率范围$Δ$内产生的。在光吸收区域中，由于立方校正而产生的光电流与光频率的平方成比例，并且在$Δ$窗口内部和外部都产生。
2019-05-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Colossal nonreciprocal Hall effect and broadband frequency mixing due to a room temperature nonlinear Hall effect
本研究报道了室温下Pt线和NbP器件中的巨大非互易霍尔效应，源于无序散射导致的外在非线性霍尔效应，可实现宽带频率混合，为太赫兹应用开辟新途径。
2023-08-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Weyl nodes close to the Fermi energy in NbAs
非中心对称过渡金属铌酸盐NbP、TaP、NbAs和TaAs是一类Weyl半金属，它们的自旋分辨带具有受保护的线性交叉。这些所谓的Weyl节点的特征在于与动量空间中的Berry曲率奇点相关联的相反符号的整数拓扑荷。在这样的系统中，预测异常磁电响应，这应该只发生在交叉点接近费米能级和封闭的费米表面口袋的Berry曲率的整数通量穿透，被称为外尔口袋。TaAs被证明具有Weyl口袋，而TaP和NbP有平凡的口袋包围零净通量的Berry曲率。在这里，通过测量的磁矩，电阻率和磁化强度，我们提出了一个全面的量子振荡研究NbAs，这个家庭的最后一个成员的精确形状和性质的费米表面口袋仍然是未知的。我们检测到六个不同的频率分支，其中两个以前没有观察到。与密度泛函理论计算的比较表明，两个最大的口袋在拓扑上是微不足道的，而低频可能来自微小的外尔口袋。封闭的外尔节点在费米能量的几个meV之内。
2021-05-25 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Terahertz detection based on nonlinear Hall effect without magnetic field
提出了一种利用非中心对称量子材料的非线性霍尔效应实现宽带长波长光电探测的方法。在零磁场下，横向电流与输入电压之间的固有二次关系用于将入射太赫兹或红外电场整流为直流，而不调用任何二极管。我们的光电探测器工作在零外部偏压与快速响应速度和零阈值电压。值得注意的是，由于Berry曲率机制的固有电流响应度是一种与入射频率或散射率无关的材料性质，可以从第一原理电子结构计算中评估。我们确定外尔半金属NbP太赫兹光电探测与大电流响应度达到$\sim 1$ A/W没有外部偏压。
2021-01-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
On the search for the chiral anomaly in Weyl semimetals: The negative longitudinal magnetoresistance
近年来，在一类具有非平凡能量色散的半金属材料中发现了无质量手征费米子（Weyl）的存在，这类材料通常被称为Weyl半金属（WSM），其中一个被预言的性质是手征或Adler-Bell-Jackiw反常，即在平行磁场和电场存在下的手征不平衡。在WSM中，它预计会引起一个负的纵向磁电阻（NMR），手征磁效应。在这里，我们提出的实验证据表明，观察手征磁效应可以被称为“电流喷射”的效果。这种效应也会导致明显的核磁共振，但其特征是样品内部的电流分布高度不均匀。它出现在具有大的场致电阻率张量各向异性的材料中，例如由于轨道效应而几乎补偿的高迁移率半金属。在非均匀电流注入的情况下，样品中的电势分布强烈畸变。因此，实验测量的电势差与本征电阻不成正比。我们对WSM候选材料NbP，NbAs、TaAs、TaP表现出明显的不均匀电流分布特征，例如场致“零电阻”以及“测量电阻”对样品上电压和电流触点的位置、形状和类型的强烈依赖性。电流和磁场方向之间的不对准甚至可以引起“负电阻”。采用典型的电阻各向异性，对样品内部的电位分布进行了有限元模拟，结果与实验结果吻合良好。我们的研究表明，非常小心，必须采取解释测量的NMR作为证据的手性异常推定外尔半金属。
2016-06-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Nonsaturating magnetoresistance, anomalous Hall effect, and magnetic quantum oscillations in ferromagnetic semimetal PrAlSi
我们报告了一个全面的调查的结构，磁性，运输和热力学性质的单晶PrAlSi，在比较其晶体类似物LaAlSi。PrAlSi在$T_C$ = 17.8 K时表现出铁磁转变，然而，随后在较低温度下发生两次弱的相变。基于直流和交流磁化率的测量，我们提出了$T_C$下面的两个重入磁相是自旋玻璃或铁磁团簇玻璃。当磁性玻璃态被弱场抑制时，出现了几个显著的特征。这些包括线性的，非饱和的磁阻作为一个功能的领域，这是让人想起的拓扑或电荷补偿半金属，和一个大的异常霍尔电导率高达$\sim$ 2000 $Ω^{-1}$ cm $^{-1}$。比热测量表明Pr $^{3+}$多重态的非Kramers双重基态和相对低的晶体电场分裂小于100 K。Shubnikov-de Hass振荡在LaAlSi中不存在，而在PrAlSi中在低于约25 K时清楚地观察到它们，并且主导振荡频率$F$具有不寻常的温度依赖性。它从25 K时的$F$ = 18 T增加到2 K时的$F$ = 33 T，暗示在冷却到有序相时出现费米口袋。这些结果表明，PrAlSi是一个新的系统，其中一个小的费米口袋可能相对论费米子是强耦合到磁性。$f$和导带之间的杂化是否也参与其中仍然是一个有趣的开放问题。
2020-01-15 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
