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
High-pressure study of the Weyl semimetal NbAs
我们进行了一系列的高压同步辐射X射线衍射（XRD）和电阻测量的外尔半金属铌砷。根据粉末XRD数据，晶体结构在高达26 GPa下保持稳定。低温下NbAs单晶的电阻随压力单调增加。在20GPa以下，在0.3K以下没有观察到超导转变。这些结果表明，Weyl半金属相在NbAs中是稳定的，并且施加压力不是从Weyl半金属获得拓扑超导体的好方法。
2015-06-04 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Topological Lifshitz Transitions and Fermi Arc Manipulation in Weyl Semimetal NbAs
表面费米弧（SFAs）是近年来在拓扑Weyl半金属（TWS）中发现的独特的开放费米面（FS），不同于传统材料中的封闭FS，它能引起许多奇异现象，如反常SFAs介导的量子振荡、手征磁效应、三维量子霍尔效应、非局域电压产生和反常电磁波传输等。在这里，通过使用原位表面装饰，我们展示了成功的操纵的形状，大小，甚至连接的SFAs在一个模型TWS，NbAs，并观察它们的演变，导致一个不寻常的拓扑Lifshitz过渡不引起的载流子浓度的变化。相变使SFA在表面布里渊区的不同部分之间传送。尽管戏剧性的表面演变，SFA的存在是强大的，每个SFA仍然绑定到一对相反的手征的外尔点，由散装拓扑结构。
2019-08-03 cond-mat.mtrl-sci
Comprehensive Anisotropic Linear Optical Properties of Weyl Semimetals, TaAs and NbAs
TaAs和NbAs是最早发现的两种Weyl半金属，它们具有许多有趣的光学性质，如手性相关的光激发和巨二次谐波产生（SHG）。线性光学和非线性光学已被用作探测这些晶体中的外尔物理的工具。在这里，我们扩展这些研究，以解决两个重要的问题：确定完整的各向异性介电响应，并探讨它们是否以及如何揭示基本的外尔物理。首次将椭圆偏振光谱与密度泛函理论相结合，确定了TaAs和NbAs的完全各向异性介电函数。在1.2-6 eV（实验）和0-6 eV（DFT）范围内给出了参数化的洛伦兹振子，它们之间有很好的一致性。线性和非线性光学性质已经被报道揭示外尔物理。我们认为，强光学共振从平凡的频带是以前报道的大光学二次谐波产生在这些能量的可能来源。此外，通过比较以外尔锥为中心的小k空间对总线性介电函数的贡献，我们发现这些贡献是高度各向异性的，并且在0.5 eV以下占总介电函数的<25%;在1 eV以上，这些贡献可以忽略不计。因此，使用光学技术研究外尔物理需要非常低的能量，即使在那里，也需要仔细评估，以区分外尔带的小得多的贡献与平凡带和德鲁德响应对总介电函数的主要贡献。
2021-03-17 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
Surface-dominated conductance scaling in Weyl semimetal NbAs
本文通过 DFT+NEGF 计算研究拓扑半金属 NbAs 薄膜的量子输运，发现其 RA 乘积随厚度减小而降低，表面态对弹道电导贡献高达 70%，且该优势在表面缺陷存在时依然保持，表明 NbAs 有望成为未来 BEOL 互连材料。
2024-05-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Magneto-optical response of the Weyl semimetal NbAs: Experimental results and hyperbolic-band computations
本文通过5–150 meV、最高13 T的磁光测量和耦合双曲能带模型，解释NbAs中Landau能级跃迁行为，证明双曲能带是描述其响应的最小模型。
2023-12-05 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
Surface-dominant transport in Weyl semimetal NbAs nanowires for next-generation interconnects
本研究通过热机械纳米成型合成了直径最小40 nm的单晶Weyl半金属NbAs纳米线，其室温电阻率低至9.7 +/- 1.6 microOhm-cm，归因于表面主导导电，展现出高击穿电流密度和热导率，有望成为超越铜基限制的下一代互连材料。
2025-03-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
"Hard" crystalline lattice in the Weyl semimetal NbAs
我们报道了流体静压对Weyl半金属NbAs磁输运性质的影响。当压力高达2.31 GPa时，在$ρ_{xx}(T)$剖面中可以看到细微的变化。费米面在压力作用下经历各向异性演化：在$\mathbf{k_x}$ - $\mathbf{k_y}$平面内极值面积略有增加，而在$\mathbf{k_z}$ - $\mathbf{k_y}$（$\mathbf{k_x}$）平面内极值面积减小.然而，在大气压下观察到的两个口袋的拓扑特征在2.31 GPa下保持不变。在0.3 K以下的所有压力下都没有超导现象。通过将比热的温度依赖性拟合到德拜模型，我们得到了小的索末菲系数$γ_0=$ 0.09（1）mJ/（mol $\cdot$ K $^2$）和大的德拜温度$Θ_D=$ 450（9）K，证实了在压力下稳定的“硬”晶格。我们还研究了这种低载流子密度无质量系统$R_{KW}=$ 3.2 $\times 10^4$ $μΩ$ cm mol $^2$ K $^2$ J $^{-2}$的Kadowaki-Woods比。在考虑NbAs中的小载流子密度之后，该$R_{KW}$指示相对于其它金属的受抑制的输运散射率。
2016-01-14 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Optoelectronic Response of Type-I Weyl Semimetals TaAs and NbAs from First Principles
Weyl半金属是一种在体相和表面都具有拓扑非平凡能带结构的材料，它具有手征节点，是Berry曲率的汇和源。外尔半金属已被预测，最近测量，表现出大的非线性光学响应。这一发现，以及它们的高迁移率，使Weyl半金属相关的光电子，纳米光子和量子光学器件中的广泛应用。虽然人们对理解和表征Weyl半金属的线性和非线性行为越来越感兴趣，但在有限温度下线性光学和光电响应的从头计算仍然很大程度上未被探索。在这里，我们具体解决的温度依赖性的线性光学响应在I型外尔半金属TaAs和NbAs。我们从第一原理的散射寿命，由于电子-声子和电子-电子相互作用，并将这些寿命在评估实验相关的频率，极化和温度依赖的复杂的介电函数为每个半金属评估。从这些计算中，我们提出了线性光学电导率的预测，同意以及实验存在的地方（钽），并指导未来的测量I型外尔半金属的方式。重要的是，我们还研究了光学电导率对化学势的依赖性，这是一个重要的物理参数，可以通过实验控制，并可以阐明Weyl节点在光电响应中的作用。通过这项工作，我们提出了外尔光电子器件的设计原则，使用光生载流子在I型外尔半金属。
2019-07-09 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph physics.optics
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
Electronic structure and open-orbit Fermi surface topology in isostructural semimetals NbAs$_2$ and W$_2$As$_3$ with extremely large magnetoresistance
在过渡金属双镍族化合物$TmPn_2$（$Tm$ = Ta，Nb; $Pn$ = P，As，Sb）中，极大磁电阻（XMR）的起源还有待于通过实验能带结构的直接可视化来研究。在这里，使用角分辨光电子能谱，我们绘制出的三维电子结构的NbAs $_2$。开轨道拓扑结构对费米面（FS）的贡献不可忽略，例如同构化合物MoAs $_2$，其中开FS被提出来可能解释XMR的起源。我们进一步证明了在W $_2$ As $_3$的整个FS中观察到开放特征，W $_2$ As $_3$也是XMR半金属，具有与$TmPn_2$家族和MoAs $_2$相同的空间群$C$ 12/ $m$ 1。我们的研究结果表明，开放轨道FS拓扑结构可能是一个共同的特点之间的XMR材料与空间群的$C$ 12/ $m$ 1，因此可能发挥作用，在确定相应的XMR效应与电子-空穴补偿。
2022-03-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Chiral Landau levels in Weyl semimetal NbAs with multiple topological carriers
最近，Weyl半金属在反转对称性破缺和时间反转对称性破缺晶体中都被实验发现。外尔半金属中的非平凡拓扑结构可以表现出奇异的现象，这些现象已经被广泛的光电子能谱和输运测量研究。尽管人们对费米弧和手征反常做了大量的实验研究，但由于严格的实验要求，作为与手征反常密切相关的外尔费米子的一个独特标志，非常规零朗道能级的存在仍然是难以捉摸的。本文报道了外尔半金属NbAs中朗道量子化的磁光研究。高磁场驱动系统的量子极限，导致观察到零手征朗道能级在两个不等价的外尔节点。与其他朗道能级相比，第零手征朗道能级在z动量方向上具有明显的线性色散，并且可以实现光学跃迁，而不受z动量为零或磁场演化平方根的限制.第零朗道能级的磁场依赖性进一步验证了外尔锥的粒子-空穴非对称性。与此同时，从正常朗道能级的光学跃迁表现出多个载流子的共存，包括一个意想不到的大质量狄拉克费米子，指向一个更复杂的拓扑性质在反演对称性破缺外尔半金属。我们的研究结果提供了深入的了解外尔费米子的朗道量子化，并展示了一个有效的工具，研究复杂的拓扑系统。
2018-05-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
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
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
Ab initio optical and energy loss spectra of transition metal monopnictides TaAs, TaP, NbAs, and NbP
过渡金属双金属氧化物代表了一类新的具有低能激发态的拓扑半金属，即Weyl费米子。我们报告的光学性质在很宽的光谱能量范围内的钽砷，钽磷，铌砷和铌磷，计算密度泛函理论。光谱被发现是有点独立的阴离子和光的偏振。它们的特征用上部$s$、$p$、$d$和$f$电子来解释。特征吸收特性与菲涅耳反射率的频率依赖性有关。虽然较低的部分的能量损失谱是占主导地位的等离子体激元的功能，高能量的结构解释带间跃迁。
2018-11-30 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Discovery of Weyl fermion semimetals and topological Fermi arc states
外尔半金属是其低能体激发是外尔费米子的导体，而它们的表面具有金属费米弧表面态。这些费米弧表面状态由与材料的体电子波函数相关联的拓扑不变量保护。最近，已经表明，TaAs和NbAs类材料具有这样的拓扑物质状态。我们回顾的基本现象和实验历史发现的第一个外尔半金属，从观察拓扑费米弧和外尔节点的TaAs和NbAs的角度和自旋分辨表面和体积敏感的光电子能谱，并继续通过磁输运测量报告的Adler-Bell-Jackiw手征异常。我们希望这篇文章提供了一个有用的介绍外尔半金属理论，最近的实验发现的总结，并指导未来的方向。
2017-02-23 cond-mat.mes-hall 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 Quasi-2D Semimetal Co$_3$Sn$_2$S$_2$: Insights To Electronic Structure From NEXAFS and Resonant Photoelectron Spectroscopy
用近边X射线吸收谱（NEXAFS）和共振光电子能谱学（ResPES）研究了天然拓扑半金属Co $_3$ Sn $_2$ S $_2$晶体的电子结构.尽管在ResPES实验中在Co，$2p$吸收边处观察到Co，$3d$价带发射的显著增加，但是在这些光子能量处的光谱权重由正常俄歇贡献支配。这一观察表明光激发的Co 1，$3d$电子的离域特性，并得到第一原理计算的支持。Co $_3$ Sn $_2$ S $_2$费米能级附近的元素和轨道特定电子态的研究结果对于全面描述这种材料的电子结构具有重要意义，这对于这种材料在不同科学技术领域的未来应用具有重要意义，包括催化和水裂解应用。
2021-12-22 cond-mat.mtrl-sci
Enhanced ultrafast relaxation rate in the Weyl semimetal phase of $\mathbf{MoTe_2}$ measured by time-and angle-resolved photoelectron spectroscopy
$\mathrm{MoTe_2}$最近已被证明在其低温相实现II型外尔半金属（WSM）。我们用时间和角度分辨的光电子能谱学（tr-ARPES）研究了费米能级以上电子动力学中Weyl点的可能影响，通过比较$\mathrm{E_F}$在平凡相和拓扑相中的超快响应.在低温WSM阶段，我们报告了增强的弛豫率的电子光激发的导带，我们解释为指纹的本地间隙闭合时，外尔点的形式。相比之下，我们发现，相关化合物$\mathrm{WTe_2}$的电子动力学是较慢的和温度无关的，符合拓扑平凡的性质，这种材料。我们的研究结果表明，tr-ARPES是敏感的未占能带结构的小修改伴随着$\mathrm{MoTe_2}$的结构和拓扑相变。
2017-09-28 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
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
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
Symmetrical broken and nonlinear response of Weyl semimetal TaAs influenced by the topological surface states and Weyl nodes
Weyl半金属（WSM）是一种含有基本粒子--Weyl费米子的新型材料，其表面具有Weyl费米子的体态和拓扑表面态。WSM被认为是一个三维版本的“石墨烯”的错觉。为了探索WSM TaAs的光电特性及其在光子学和光电子学中的应用，本文研究了WSM TaAs的各向异性线性和非线性光学响应，这些响应是由其拓扑表面态和Weyl节点之间的关系和平衡决定的.我们证明了打破体对称性的拓扑表面态是导致迁移率各向异性的原因，并且各向异性非线性响应具有极大的饱和强度.我们还发现，室温下迁移率是各向异性的，量级为104 cm 2 V-1 s-1，并且可以被光场加速。通过对称性分析，非线性响应主要由外尔节点附近的费米子贡献，并与泡利对费米子的阻塞、电子-电子相互作用有关。实验发现了WSM在光场中的各向异性迁移率，为WSM在光子学和光电子学中的应用奠定了基础。
2016-09-19 cond-mat.mtrl-sci
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
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
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
Doping-Induced Electronic and Structural Phase Transition in the Bulk Weyl Semimetal Mo1-xWxTe2
本研究通过多种实验与理论手段，系统研究了Mo1-xWxTe2中掺杂诱导的1T`到Td相变，发现掺杂浓度增加使相变温度升高，并证实了Td相中拓扑态与增强的磁电阻和弹性电阻的关联。
2023-10-16 cond-mat.mtrl-sci
Light-induced ideal Weyl semimetal in HgTe via nonlinear phononics
本文通过扩展从头算分子动力学，发现光驱动红外声子模式可在HgTe中产生长寿命亚稳态几何，使四个外尔点位于费米能级，形成理想外尔半金属，并建议用光电子能谱或非线性霍尔效应探测。
2023-11-16 cond-mat.mtrl-sci
Weak antilocalization and ferromagnetism in magnetic Weyl semimetal Co3Sn2S2
本文报道了磁性Weyl半金属Co_3Sn_2S_2单晶的成功合成。合成的晶体的特征在于通过各种工具，即，X射线衍射，场发射电子显微镜和X射线光电子能谱学。在175 K附近观察到明显的铁磁转变，并通过电输运测量进一步验证了这一点。在冷却和升温循环中的R-T测量中观察到滞后，表明合成样品中存在一级相变和电荷有序。合成的Co_3Sn_2S_2在2K时表现出约230%的高磁电阻。在合成的Co 3Sn 2S 2的传输现象似乎有贡献的拓扑表面状态在低温下低于说70 K，和以上，同样被发现是强烈依赖于其体磁状态。用Hikami Larkin Nagaoka模型拟合了在± 1 T（Tesla）的低场下的磁导率数据，表明在低于30 K的低温下合成的Co 3Sn 2S 2晶体存在弱的反局域化效应.
2022-11-24 cond-mat.mtrl-sci
Excited States Band Mapping and Ultrafast Nonequilibrium Dynamics in Topological Dirac Semimetal 1T-ZrTe$_2$
本研究利用时间与偏振分辨的极紫外动量显微技术测绘1T-ZrTe$_2$的Fermi能级以上Dirac锥，并揭示其轨道织构及多谷非平衡载流子弛豫动力学。
2025-09-29 cond-mat.mtrl-sci
Surface-state Coulomb repulsion accelerates a metal-insulator transition in topological semimetal nanofilms
纳米尺度量子化的出现，量子尺寸效应（QSE），允许灵活控制物质，是先进功能的丰富来源。半个世纪前，铋被预测为半金属纳米膜中的绝缘相的QSE诱导的转变，并重新获得了新的兴趣，其表面状态表现出非平凡的电子拓扑结构。在这里，我们揭示了一个意想不到的过渡机制，高分辨率角分辨光电子能谱学结合理论计算。量子化能级的反常演化和简并表明，随着厚度的减小，来自表面态的库仑排斥的增加使量子限制势变形。势的形变极大地调制了量子化波函数的空间分布，这导致了跃迁的加速，甚至超过了原始的QSE图像。这一发现建立了铋长期讨论的问题的全貌，并突出了一类新的尺寸效应在金属表面态系统中主导纳米级传输。
2020-01-30 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
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
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
Zone-selection effect of photoelectron intensity distributions in a nonsymmorphic system RAlSi (R : Ce and Nd)
本研究通过软X射线角分辨光电子能谱研究非中心对称外尔半金属RAlSi，发现非对称空间群导致的能带选区效应影响光电子强度分布，并成功在三维动量空间中追踪外尔锥色散。
2024-05-07 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
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
Observation of Weyl nodes and Fermi arcs in TaP
外尔半金属具有自旋极化带交叉，称为外尔节点，由拓扑表面弧连接。在交叉点附近的低能激发态表现出与无质量外尔费米子相同的行为，导致手征反常等奇异性质。为了使输运性质由外尔费米子主导，外尔节点需要位于化学势附近，并被费米陈数非零的费米面对包围。结合角分辨光电子能谱和第一性原理计算，我们证明了TaP是一种只含有单一Weyl费米子的Weyl半金属，与TaAs的两种Weyl费米子对低能物理性质的贡献不同. TaP中的简单Weyl费米子不仅具有重要的意义，而且具有很大的应用潜力。费米弧上的Ta-终止表面上观察到，这出现在一个不同的模式，从在TaAs和NbAs的As-终止。
2016-03-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin-polarized Weyl cones and gigantic anomalous Nernst effect in ferromagnetic Heusler films
外尔半金属的特征是在动量空间中存在无质量带色散。当外尔半金属遇到磁性时，由于其拓扑性质，出现了大的异常输运性质。在这里，使用$in-situ$自旋和角度分辨光电子能谱学结合$ab\ initio$计算，我们可视化的自旋极化外尔锥和平带的铁磁Co $_2$ MnGa薄膜的表面状态与充分的recrystallization。我们证明了反常的霍尔和能斯特电导率系统地增长时，磁化诱导的大量外尔锥在Lifshitz量子临界点接近费米能，直到一个高的反常能斯特热电势的$\sim 6.2$ $\rm μV K^{-1}$在室温下实现。由于这种拓扑量子态和完全的反磁化，Co $_2$ MnGa薄膜有望实现在室温和零场下可操作的高效热通量和磁场传感器件。
2020-12-09 cond-mat.mtrl-sci
Momentum-space signatures of Berry flux monopoles in a Weyl semimetal
从狄拉克通量量子化的早期开始，磁单极子就被认为是量子化电荷的潜在推论。与电磁学理论中的磁单极子相反，外尔晶体在倒易参数空间中表现出Berry通量单极子。作为晶体动量的函数，这种单极子位于外尔锥的简并点。在这里，我们报告的动量分辨光谱特征的贝里磁通单极在TaAs作为一个范例外尔半金属。我们探测轨道和自旋角动量（OAM和SAM）的Weyl费米子状态的角分辨光电子能谱在体敏软X射线能量（SX-ARPES）结合光电子自旋检测和圆二色性。在第一性原理计算的支持下，我们的测量图像的外尔节点的OAM的拓扑非平凡绕组的特性，并揭示了一个手性依赖的外尔带SAM。我们的结果实验可视化的非平凡的动量空间拓扑外尔半金属，有希望有深远的影响，在固体中的量子几何效应的研究。
2023-03-21 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
The $S$-matrix for surface boundary states: an application to photoemission for Weyl semimetals
提出了外尔半金属光电子发射的新理论。我们推导出这个理论使用一个模型，在$z=0$的边界表面。由于边界的原因，需要验证自伴条件以确保物理解。解由两个在边界上传播的手征零模给出。由于库仑相互作用，手征边界模型与相互作用的石墨烯处于相同的普适类。这种相互作用导致了速度和寿命的温度依赖性。\noindent利用最小耦合原理，我们确定了电子-光子哈密顿量。光电发射强度的计算使用$S$矩阵形式主义。$S$矩阵是由光子的初态、光电子的终态和价带中的空穴导出的。光电发射揭示了在吸收频率为$ Ω$的光子之后的最终价带色散$ \hbar v(\pm k_{y}-k_{0})+\hbarΩ$（$k_{0}$表示由于晶体势引起的动量的偏移）。在$z$方向上的动量不守恒，并且被积分出去。因此，散射矩阵是平行动量的函数。我们观察到二维轮廓，代表的$^{"}$费米弧$^{"}$，其中相反的自旋极化有相反的曲率。这一理论与以前的实验观察是一致的。
2018-01-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Topological Dirac semimetal phase in the iron-based superconductor Fe(Te,Se)
拓扑狄拉克半金属（TDS）表现出受时间反演和晶体对称性保护的体狄拉克锥，以及源自非平凡拓扑的表面态。虽然有一个多方面的超导秩序可能在这样的系统中开始，很少有观察到的本征超导迄今已报告的TDS。我们观察到的TDS相FeTe $_{1-x}$ Se $_x$（$x$ = 0.45），高转变温度（$T_c$）铁基超导体之一的证据。在角分辨光电子能谱学（ARPES）和输运实验中，我们发现在（001）表面上自旋极化态与体态重叠，并且从6 T开始出现线性磁电阻（MR）。结合起来，这强烈表明TDS相的存在，这是由理论计算证实。总之，Fe（Te，Se）中的拓扑电子态为实现多拓扑超导相提供了一个很有前途的高$T_c$平台。
2018-03-02 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Parallel spin-momentum locking in a chiral topological semimetal
本研究利用自旋分辨角分辨光电子能谱，首次在实验中观测到手性拓扑半金属PtGa中多重费米子的平行自旋-动量锁定现象，为新型自旋电子器件研发及相关自旋依赖物性探索奠定了基础。
2022-10-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Evidence for Two-dimensional Weyl Fermions in Air-Stable Monolayer PtTe$_{1.75}$
本研究通过多种实验表征与第一性原理计算，在空气稳定的单层PtTe₁.₇₅中实现了二维Weyl费米子，发现其由Rashba劈裂和能带反转产生三对Weyl锥，为新型自旋电子器件研发提供了新方向。
2024-12-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Non-trivial Topological Surface States Regulation of 1T-OsCoTe$_2$ Enables Selective C-C Coupling for Highly Efficient Photochemical CO$_2$ Reduction Toward C$_{2+}$ hydrocarbons
本研究通过实验与理论结合，合成1T-OsCoTe$_2$拓扑半金属，利用Os-Te-Co电子桥接调控表面态，实现CO$_2$选择性光还原为C$_3$H$_8$，选择性71.2%，量子效率54.6%。
2024-08-21 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
