Strain-induced Weyl and Dirac states and direct-indirect gap transitions in group-V materials
Glenn Moynihan, Stefano Sanvito, David D. O'Regan
备注：
Final version accepted for publication in 2D Materials on 1/9/17. Keywords: phosphorene, arsenene, and antimonene. Original content from this work may be used under the terms of the Creative Commons Attribution 3.0 licence [http://creativecommons.org/licenses/by/3.0]. Any further distribution of this work must maintain attribution to the authors and the title of the work, journal citation and DOI
发表信息：
G. Moynihan, S. Sanvito, and D. D. O'Regan, 2D Mater. 4 (2017) 045018
We perform comprehensive density-functional theory calculations on strained two-dimensional phosphorus (P), arsenic (As) and antimony (Sb) in the monolayer, bilayer, and bulk $α$-phase, from which we compute the key mechanical and electronic properties of these materials. Specifically, we compute their electronic band structures, band gaps, and charge-carrier effective masses, and identify the qualitative electronic and structural transitions that may occur. Moreover, we compute the elastic properties such as the Young's modulus $Y$; shear modulus $G$; bulk modulus $\mathcal{B}$; and Poisson ratio $ν$ and present their isotropic averages of as well as their dependence on the in-plane orientation, for which the relevant expressions are derived. We predict strain-induced Dirac states in the monolayers of As and Sb and the bilayers of P, As, and Sb, as well as the possible existence of Weyl states in the bulk phases of P and As. These phases are predicted to support charge velocities up to $10^6$~$\textrm{ms}^{-1}$ and, in some highly anisotropic cases, permit one-dimensional ballistic conductivity in the puckered direction. We also predict numerous band gap transitions for moderate in-plane stresses. Our results contribute to the mounting evidence for the utility of these materials, made possible by their broad range in tuneable properties, and facilitate the directed exploration of their potential application in next-generation electronics.
Weyl magnons in pyrochlore antiferromagnets with all-in-all-out orders
我们研究了具有全进全出（AIAO）磁序的烧绿石反铁磁体的新型拓扑磁振子带交叉。通过一般对称性分析和自旋波理论，我们证明了具有AIAO有序的烧绿石材料在外加磁场或单轴应变下都可以存在Weyl磁振子。在小磁场下，具有AIAO背景的烧绿石的磁振子带可以呈现两个带相反电荷的Weyl点，这是量子材料中可实现的最少数量的Weyl点，迄今为止还没有实验观测到。我们进一步表明，呼吸pyrophores与AIAO订单可以表现出外尔磁振子单轴应变。这些发现适用于任何烧绿石材料支持AIAO订单，无论形式的相互作用。具体而言，我们表明，外尔磁振子是强大的直接（积极）Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用。由于烧绿石磁体中普遍存在的AIAO有序，包括R $_2$ Ir $_2$ O $_7$，以及实验上可实现的外部应变和磁场，我们的预测为见证量子磁体中的Weyl磁振子提供了有希望的舞台。
Interface and Strain Control of Emergent Weyl Semimetallic Phase in SrNbO$_{3}$/LaFeO$_{3}$ Heterostructures
Institute of Physics, Bhubaneswar（布巴内斯瓦尔物理研究所）；Homi Bhabha National Institute（霍米·巴巴国立研究所）；Center for Atomistic Modelling and Materials Design, Indian Institute of Technology Madras（马德拉斯印度理工学院原子建模与材料设计中心）；Condensed Matter Theory and Computational Lab, Department of Physics, Indian Institute of Technology Madras（马德拉斯印度理工学院物理系凝聚态理论与计算实验室）；Laboratoire Albert Fert, CNRS, Thales, Université Paris-Saclay（阿尔伯特·费特实验室，法国国家科学研究中心，泰雷兹，巴黎萨克雷大学）；School of Basic Sciences, Indian Institute of Technology Bhubaneswar（布巴内斯瓦尔印度理工学院基础科学学院）；School of Physical Sciences, National Institute of Science Education and Research（国立科学教育与研究学院物理科学学院）；Peter Grünberg Institute, Forschungszentrum Jülich（于利希研究中心彼得·格林伯格研究所）；Department of Physics, Indian Institute of Science Bangalore（班加罗尔印度理工学院物理系）
非常规Weyl半金属在凝聚态物理和材料科学中引起了广泛的研究兴趣，但在二维空间中却非常罕见。本文基于对称性分析和第一性原理电子结构计算，预测Si/Bi van der Waals异质结是一个二维非常规的二次双Weyl半金属结构，具有强的自旋轨道耦合（SOC）.虽然不受异质结构的C3 v双群对称性的保护，但二维二次双Weyl半金属对于高达6.64%的压缩应变是稳定的。随着应变的进一步增加，系统转变为平凡的半金属，其中相边界是二维三重简并半金属态。Kane-Mele紧束缚模型计算表明，二次双Weyl相是Rashba SOC和邻近效应增强的本征SOC之间竞争的结果，而二次双Weyl半金属通过打破镜像对称性，既可以转变为量子自旋霍尔绝缘体，也可以转变为量子谷霍尔绝缘体.因此，Si/Bi异质结构是研究二维双Weyl半金属和其他新型拓扑相的奇异物理的极好平台。
Elastic and electronic tuning of magnetoresistance in MoTe$_2$
准二维过渡金属二硫属化物（TMD）具有显著的性质，可以改变电子和光子器件。我们报告了如何在MoTe $_2$，一种II型Weyl半金属，在高磁场下观察到的巨大的磁电阻（MR），可以在拉伸应变下可逆地控制。当沿$a$晶体学方向施加单轴应变时，在低温和高磁场下，MR增强多达~ 30%，并且当沿$b$方向施加应变时，MR减小大约相同的量。我们表明，大的面内电各向异性耦合的结构转变，从1 T '单斜的Td正交Weyl相。通过最小的拉伸应变实现Td -1 T '相界的移动。MR对拉伸应变的敏感性表明在Weyl点附近的电子和空穴袋的非平凡的自旋轨道纹理的可能性。我们的从头计算确实显示了一个显着的费米面上的轨道混合，这是修改的拉伸应变。
单层镓硫化物（GaS）是一种具有良好带隙的二维半导体材料。利用密度泛函理论计算了GaAs单层膜在双轴和单轴应变下的带隙调制。我们发现，GaAs单层显示出一个间接的带隙，限制了其光学应用。结果表明，GaAs单层膜具有相当大的带隙。单轴应变使镓单硫族化合物（GaS）的带隙由间接带隙变为直接带隙。这种行为，使应用，如电致发光器件和激光。通过对投影态密度（PDOS）的分析，详细讨论了带隙调制的原因。这表明，由于p $_y$轨道的作用，通过单轴应变变得更显着比其他附近的费米能级。在$\varepsilon$ =-10 y $\%$处发生间接带隙到直接带隙的转变。此外，通过研究单轴应变下的应变能和横向响应的结构，我们表明，GaAs单层的泊松比为0.23和0.24的锯齿形（x）和扶手椅（y）方向，分别。因此，我们得出结论，各向同性性质的机械性能下应变。
Surface States in Strain-Induced Nodal-Line Topological Semiconductors
Centro de Física de Materiales (CFM-MPC), Centro Mixto CSIC-UPV/EHU（材料物理中心（CFM-MPC），CSIC-UPV/EHU联合中心）；Departamento de Polímeros y Materiales Avanzados: Física, Química y Tecnología, Facultad de Química, University of the Basque Country UPV/EHU（巴斯克大学化学学院先进聚合物与材料系：物理、化学与技术）；Donostia International Physics Center (DIPC)（圣塞巴斯蒂安国际物理中心（DIPC））；IKERBASQUE, Basque Foundation for Science（伊克尔巴斯基克，巴斯克科学基金会）；Department of Physics and Astronomy, Ohio University（俄亥俄大学物理与天文学系）
Dynamical Piezomagnetic Effect in Time-Reversal Invariant Weyl Semimetals with Axionic Charge-Density Waves
外尔半金属（WSM）中的电荷密度波（CDW）已被证明会诱导出一种奇异的轴子绝缘相，其中CDW的滑动模式（相位子）充当动态轴子场，从而产生大的正磁导[Wang et al.，Phys.Rev.B87，161107（R）（2013）; Roy等人，Phys.Rev.B92，125141（2015）; J. Gooth等人，Nature 575，315（2019）]。在这项工作中，我们预测，动态应变可以诱导大量的轨道磁化的时间反转（TR）不变的WSM的间隙的CDW。我们称这种效应为“动态压磁效应”（DPME）。与[J. Gooth等人，Nature 575，315（2019）]，该工作中引入的DPME以体积常数（即，静态的和空间均匀的）CDW，并且不依赖于波动，例如相位子。通过对低能有效理论和最小紧束缚（TB）模型的研究，我们发现DPME起源于一个有效的谷轴子场，它将电磁规范场和应变诱导的赝规范场耦合起来.特别是，而在以前的作品中研究的压电效应的特点是由2D贝里曲率，DPME代表的第一个例子，从根本上3D应变效应源于陈-西蒙斯3-形式。我们进一步发现，DPME在CDW序参量相位的临界值处有一个不连续的变化。我们证明，当DPME中有一个跳跃，系统的表面经历了拓扑量子相变（TQPT），而大部分仍然有间隙。因此，DPME在TR不变的Weyl-CDW中提供边界TQPT的批量签名。
Ultra-High Mechanical Flexibility of 2D Silicon Telluride
碲化硅（Si 2 Te 3）是一种具有独特可变结构的二维材料，其中硅原子形成Si-Si二聚体以填充Te层之间的“金属”位点。Si-Si二聚体具有四种可能的取向：三个面内和一个面外方向。Si 2 Te 3的结构可变性允许不寻常的性能，特别是机械性能。使用从第一性原理计算的结果，我们表明，Si 2 Te 3单层可以维持单轴拉伸应变高达38%，最高的所有二维材料报道。高机械柔性允许施加机械应变以将带隙减小1.4eV。随着应变的增加，带隙经历了一个不寻常的间接-直接-间接-直接转变。我们还表明，单轴应变可以有效地控制硅-硅二聚体的取向，这是有益的实际应用。
Semi-Dirac and Weyl Fermions in Transition Metal Oxides
我们发现，一类化合物与$I$ 4/ $mcm$晶体对称主机三维半狄拉克费米子。与已知的二维半狄拉克点不同，这些三维半狄拉克点的简并不被自旋轨道耦合所提升，这是由于受到非对称对称性的保护--$a-b$平面中的螺旋旋转和沿$c$轴的平移。这种晶体对称性在四元钙钛矿氧化物中发现，其可通过导致$^0$ a $^0$ c $^-$型八面体旋转的外延应变在薄膜中实现。有趣的是，随着时间反演对称性的破缺，两对外尔点出现在布里渊区的半狄拉克点，以及额外的晶格畸变导致增强的本征反常霍尔效应。通过外延应变调节Berry相的能力可用于新型氧化物基电子器件。
Strain Modulated Electronic and Optical Properties of Laterally Stitched MoSi2N4/XSi2N4 (X=W, Ti) 2D Heterostructures
International Research Centre MagTop, Institute of Physics, Polish Academy of Sciences（波兰科学院物理研究所磁顶国际研究中心）；Department of Physics, Riphah International University, Campus Lahore（拉合尔校区里法赫国际大学物理系）；School of Materials Science and Engineering, CAPT, Peking University（北京大学CAPT材料科学与工程学院）；Department of Physics, University of Antwerp（安特卫普大学物理系）
