Large linear magnetoresistance and weak anti-localization in Y(Lu)PtBi topological insulators
拓扑绝缘体是一类具有体绝缘和表面导电特性的新型Dirac材料。它们基本上以其独特的表面电子特性而闻名。本文报道了我们研制的高质量单晶Y（Lu）PtBi Heusler拓扑绝缘体的磁输运性质，它属于一组Tc = 0：8 K的非中心对称超导体。这两种化合物都表现出半金属行为，在2 K时，YPtBi和LuPtBi的载流子分别为6 x 1018 cm^-3和8 x 1019 cm^-3。在倾斜磁场中的磁导率测量表明，载流子通过量子干涉传输。这提供了在50 K以下弱反定域的直接证据，给出了表面输运的强签名。最重要的是，这些化合物在60 T的磁场中在10 K下显示出约2000%的非常高的不饱和线性磁阻。
2015-02-03 cond-mat.mtrl-sci
Weak localization and anti-localization in rare earth doped topological insulators
研究了两种稀土掺杂拓扑绝缘体SmxFexSb_（2 - 2）Te_3和SmxBi_（2 - 2）Te_2Se单晶的磁输运现象。两种化合物的磁输运行为随着温度和磁场的变化表现出弱反局域化（正磁阻）和弱局域化（负磁阻）之间的系统交叉。弱局域化是由稀土掺杂诱导磁化引起的，而弱反局域化则是由拓扑保护的表面态引起的。弱局域化和弱反局域化之间的转变表明，在量子扩散制度的表面态的狄拉克点的间隙开放。这一工作为通过稀土元素掺杂来调控拓扑绝缘体的磁输运性质提供了一种有效的途径。磁性测量表明，单独的Sm掺杂剂是顺磁性的，而共掺杂的Fe-Sm状态具有短程反铁磁顺序。我们的结果为实现带隙拓扑绝缘体表面态的奇异拓扑效应提供了可能。
2020-08-10 cond-mat.mtrl-sci
Oscillatory angular dependence of the magnetoresistance in a topological insulator Bi_{1-x}Sb_{x}
研究了拓扑绝缘体Bi_{0.91} Sb_{0.09}中二维表面态与三维体费米面共存时的角相关磁电阻和Shubnikov-de Haas振荡.发现了两种不同类型的振荡现象的角度依赖性：在较低的领域被证明是起源于表面态，它驻留在（2 \bar{1} \bar{1}）平面，给出了一种新的方法来区分二维表面态的三维FS。另一个在更高的电场中变得突出，可能来自（111）平面，显然是未知的起源，指向拓扑绝缘体的输运性质的新物理。
2010-05-02 cond-mat.mtrl-sci
Narrow magneto-optical transitions in Erbium implanted silicon carbide-on-insulator
University of New South Wales（新南威尔士大学）；RMIT University（皇家墨尔本理工大学）；The University of Melbourne（墨尔本大学）
研究展示铒掺杂硅碳化物基板具有窄磁光跃迁，通过高分辨率共振光谱和低温光谱空洞燃烧技术，揭示了亚兆赫均质线宽，并识别出最佳稳定发射体的两个晶格位，确立了该平台作为芯片级量子网络的稳健可扩展平台。
2025-11-01 cond-mat.mtrl-sci
Magneto-optical effects of an artificially-layered ferromagnetic topological insulator with T$_C$ of 160 K
本文研究了居里温度达160 K的掺Cr拓扑绝缘体CBST异质结构，通过近红外磁光克尔效应和时域太赫兹偏振测量揭示了其铁磁有序及太赫兹法拉第旋转和克尔旋转，为高温量子反常霍尔效应提供了新途径。
2024-09-03 cond-mat.mtrl-sci
Large Linear Magnetoresistance and Shubnikov-de Hass Oscillations in Single Crystals of YPdBi Heusler Topological Insulators
报道了在YPdBi Heusler拓扑绝缘体单晶中观察到的大线性磁电阻（MR）和Shubnikov-de Hass（SdH）量子振荡。由于成功地获得了高质量的YPdBi单晶，在7 T的中等磁场下，观察到在5 K时高达350%和在300 K时超过120%的大的非饱和线性MR。除了大的场线性MR之外，样品在低温下还表现出明显的SdH量子振荡。的SdH数据的分析表明，高迁移率的体电子载流子占主导地位的磁输运，并负责在YPdBi晶体中观察到的大线性MR。这些结果表明，Heusler基拓扑绝缘体在研究新型量子输运性质和开发潜在应用方面具有优越性。
2013-07-11 cond-mat.mtrl-sci
Spin colossal magnetoresistance in an antiferromagnetic insulator
巨磁阻（CMR）是指在金属-绝缘体转变附近由磁场引起的电导率的大变化，并且几十年来激发了广泛的研究\cite{Ramirez1997, Tokura2006}。在这里，我们证明了一个类似的自旋效应附近的内尔温度$T_{\rm{N}}$ =296 K的反铁磁绝缘体\CrO。使用钇铁石榴石\YIG / \CrO /Pt三层膜，我们从YIG向\CrO层注入自旋电流，并通过逆自旋霍尔效应收集在重金属Pt中传输的信号。我们观察到在Néel温度的14 K内，透射自旋电流的变化为两个数量级。在等温条件下，这种自旋导电和非导电状态之间的转变也可以通过磁场来调制。这种效应，我们称之为自旋巨磁阻（SCMR），有可能简化基本自旋电子学组件的设计，例如，实现自旋电流开关或基于自旋电流的存储器。
2018-04-12 cond-mat.mtrl-sci
Current induced anisotropic magnetoresistance in topological insulator films
拓扑绝缘体在本体中是绝缘的，但具有由时间反转对称性保护的自旋动量锁定的金属表面状态。这些表面态的存在已被角分辨光电子能谱（ARPES）和扫描隧道显微镜（STM）证实。通过输运测量检测这些表面状态，这可能在第一次似乎是最直接的途径，被证明比预期的更具挑战性。在这里，我们报告了一个详细的电子输运研究高品质的Bi 2 Se 3拓扑绝缘体薄膜。在面内磁场、沿偏置电流方向和垂直于偏置电流方向上的测量结果显示了相反的磁阻效应。我们认为，这种对比的行为是有关的自旋和电流方向的锁定提供证据的螺旋自旋结构的拓扑表面状态。
2011-08-06 cond-mat.mtrl-sci
Realizing Giant Magneto-Optical Effects in 3D Topological Insulators Without Magnetic Fields
拓扑绝缘体由于表面电子态的螺旋性质而显示出不寻常的光-物质相互作用。研究了光纤中光与三维拓扑绝缘体Sb 2 Te 3晶体的近场相互作用，观察到了较大的法拉第旋转。光纤中这种意想不到的偏振旋转的起源归因于TI-光纤界面处的磁光克尔效应。我们表明，时间反演对称性破缺，这是由于塞曼耦合的电磁场与TI的表面电子，和反转对称性破缺的光激发，这是由于指数衰减的倏逝光在TI晶体，实现这一巨大的偏振旋转的综合效应。我们的工作展示了一个简单的方法，实现大的磁光效应，没有任何磁场，利用独特的物理轻物质相互作用在TI表面。
2018-10-13 cond-mat.mtrl-sci
Change-over of carrier type and magneto-transport property in Cu doped Bi2Te3 Topological Insulators
研究了Cu掺杂Bi_2Te_3拓扑绝缘体的结构、电阻率、热电势和磁输运性质。通过霍尔效应和热电功率测量，观察到Bi_2Te_3中Te位Cu掺杂引起的载流子从n型向p型的调谐。Cu的掺杂降低了载流子的迁移率，这说明费米能级从体导带向体价带移动。此外，在高磁场下，纯Bi_2Te_3的线性磁电阻（LMR）与时间反转对称性（TRS）保护的无带隙拓扑表面态有关，而Cu的掺杂破坏了TRS，使带隙开放，从而猝灭了LMR。
2016-09-21 cond-mat.mtrl-sci
Enhanced Magneto-optical Kerr Effect at Fe/Insulator Interfaces
用密度泛函理论计算了铁/绝缘体界面的磁光克尔效应。研究结果表明，Fe薄膜中的界面Fe原子具有低维性质，导致了以下两种效应：（i）由于Fe原子间电子的跳跃积分被低维抑制，电导率的对角分量$σ_{xx}$显著降低。(ii)的非对角分量$σ_{xy}$的光学电导率不改变在低光子能量，但它是增强的光子能量约2 eV，在那里我们得到增强的轨道磁矩和自旋轨道相关的界面Fe原子。大的克尔角与比率$σ_{xy}/σ_{xx}$成比例地发展。我们的研究结果表明，一个有效的方法来提高自旋轨道耦合在金属/绝缘体界面的效果，而不使用重元素。
2017-10-27 cond-mat.mtrl-sci
Magneto-Infrared Study of Topological Insulator Bi2Se3
我们提出了一个薄Bi 2Se 3单晶片的磁红外光谱研究。在4.2K、17.5T的磁场下，采用法拉第结构测量了薄膜的磁红外透射率和反射率。薄的Bi 2Se 3薄片（远小于1μm厚）稳定在透明胶带上，并且减小的厚度使我们能够通过高反射率的Bi 2Se 3单晶获得可观的远红外透射。Bi_2Se_3中的α光学声子模表现出明显的电子-声子耦合，这是由于光学声子模与电子态连续谱之间的量子干涉引起的.然而，Fano共振表现出没有系统的线加宽，在Bi 2Se 3中使用磁红外反射光谱的类似Fano共振的早期观察相反。
2015-08-19 cond-mat.mtrl-sci
Giant unidirectional magnetoresistance in topological insulator -- ferromagnetic semiconductor heterostructures
单向磁电阻（UMR）是铁磁/非磁双层膜中最复杂的自旋相关输运现象之一，它涉及到自旋霍尔效应（SHE）或Rashba-Edelstein效应（REE）引起的自旋注入和积累，以及铁磁界面或体内的自旋相关散射和磁振子散射。虽然近年来已经广泛地研究了金属双层中的UMR，但是其幅度小至10 $^-$ $^5$，这对于实际应用来说太小了。在这里，我们证明了一个巨大的UMR效应在异质结构的BiSb拓扑绝缘体- GaMnAs铁磁半导体。我们得到了一个大的UMR比为1.1%，并发现这个巨大的UMR是由巨磁电阻（GMR）的自旋相关散射，但由磁振子发射/吸收和强自旋无序散射的GaMnAs层。我们的研究结果为UMR的复杂物理学提供了新的见解，以及提高其在器件应用中的重要性的策略。
2019-11-01 cond-mat.mtrl-sci
Kinetic magnetoelectric effect in topological insulators
动力学磁电效应是Edelstein效应的轨道模拟，并提供了额外的自由度来通过充电电流控制磁化。在这里，我们从理论上提出了一个巨大的动力学磁电效应在拓扑绝缘体和解释的拓扑表面电流的结果。我们建立了拓扑绝缘体表面哈密顿量的动力学磁电效应理论，并通过直接数值计算表明它能很好地描述结果。这种动力学磁电效应取决于表面的细节，这意味着它不能被定义为一个整体量。我们认为，陈氏绝缘体和Z_2拓扑绝缘体可以是一个平台，与金属相比，具有5 - 8个数量级的大动力学磁电效应，因为电流只沿表面流动。我们证明了拓扑绝缘体中存在所述效应，确定Cu $_2$ ZnSnSe $_4$作为潜在的候选者。
2021-09-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Giant magnetocaloric effect in Gd2NiMnO6 and Gd2CoMnO6 ferromagnetic insulators
通过磁容量和热容测量研究了双钙钛矿结构Gd_2NiMnO_6（GNMO）和Gd_2CoMnO_6（GCMO）样品的磁热效应。在GNMO（GCMO）中，在~130 K（~112 K）观察到铁磁有序，而在T < 20 K时，Gd交换相互作用似乎占主导地位。在GCMO中，在低于50 K时，观察到3d-4f交换作用引起的反铁磁行为。在低温下，当磁场变化为7 T时，GNMO（GCMO）的最大熵（-ΔSM）和绝热温变分别为35.5 J Kg-1 K-1（~24 J Kg-1 K-1）和10.5 K（6.5 K）.无磁滞和热滞以及它们的绝缘性质使它们在低温磁制冷方面有希望。
2015-08-01 cond-mat.mtrl-sci
Surface-induced linear magnetoresistance in antiferromagnetic topological insulator MnBi2Te4
通过对反铁磁拓扑绝缘体MnBi 2 Te 4（MBT）厚膜的磁输运研究，发现在高达260 K的垂直高磁场和温度下，具有二维正线性磁电阻（LMR）特性.非线性霍尔效应进一步揭示了MBT中除了体态外还存在高迁移率的表面态。我们归因于2D LMR的MBT的高迁移率的表面状态，从而揭示了在厚的MBT膜的表面状态的传输签名。在MBT的Neel温度附近，LMR也受到抑制，这可能表明MBT的顺磁-反铁磁相变导致了表面态的能隙开放。此外，无序和量子LMR模型在解释观测到的LMR时的失败表明必须引用新的物理来理解这一现象。
2020-09-22 cond-mat.mtrl-sci
Modeling of Magneto-Conductivity of Bismuth Selenide -- A Topological Insulator
本文报道了在14特斯拉的磁场范围内，不同温度下Bi_2Se_3单晶的磁导率分析。采用自熔法生长单晶，并通过X射线衍射、扫描电子显微镜和拉曼光谱进行表征。在14 T的磁场和5 K的温度下，单晶显示出约380%的磁电阻（MR）。Hikami Larkin Nagaoka（HLN）方程已被用来拟合的磁导率（MC）的数据。然而，HLN拟合曲线在高于1特斯拉的较高磁场下偏离，表明表面驱动电导率的作用随着磁场的增加而抑制。本文提出了一个由表面驱动的HLN和添加的量子扩散和体载流子驱动的经典项组成的推测模型。该模型成功地解释了Bi_2Se_3单晶在不同温度（5 ~ 200 K）和外加磁场（最高达14 T）下的MC。
2021-02-18 cond-mat.mtrl-sci
Nonlinear Magneto-Optical and Magnetoelectric Phenomena in Topological Insulator Heterostructures
与磁性层接触的三维拓扑绝缘体薄膜表现出有趣的磁光和磁电现象，但除了线性响应机制外，人们对它知之甚少。我们证明了平行于薄膜表面的两个电场的存在会引起垂直的AC极化，而通过施加单个圆极化电磁波可以引起静态极化。这些现象是由二阶磁化率，这也控制了异常霍尔电流调制的方式由一个垂直的AC电场。如果调制频率低，则霍尔效应在拓扑上被保护，并且非线性响应消失。
2013-06-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Identifying Axion Insulator by Quantized Magnetoelectric Effect in Antiferromagnetic ${\mathrm{MnBi}}_{2}{\mathrm{Te}}_{4}$ Tunnel Junction
内禀磁性拓扑绝缘体${\mathrm{MnBi}}_{2}{\mathrm{Te}}_{4}$在反铁磁基态被认为是一种轴子绝缘体。然而，轴子绝缘体的直接识别仍然是实验上难以捉摸的，因为所观察到的消失霍尔电阻，而表示的轴子场的发病，是不足以区分系统从一个平凡的正常绝缘体。使用数值格林函数，我们从理论上证明了量子化的磁电流在隧道结的原子薄${\mathrm{MnBi}}_{2}{\mathrm{Te}}_{4}$夹在两个接触，这是一个烟雾枪信号，明确确认反铁磁${\mathrm{MnBi}}_{2}{\mathrm{Te}}_{4}$是一个轴子绝缘体。我们的预测可以直接通过实验来验证。
2023-03-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Magnetoelectric polarizability and axion electrodynamics in crystalline insulators
电子在三维固体中的轨道运动可以产生赝标量磁电耦合$θ$，这是我们利用最近的弱非均匀材料极化理论推导出的单粒子情况下的一个事实。这种极化率$θ$与“轴子电动力学”拉格朗日量$Δ{\cal L}_{EM} = (θe^2 / 2 πh) {\bf E} \cdot {\bf B}$中出现的参数相同，已知该参数用于描述三维拓扑绝缘体（$θ=π$）的不寻常磁电特性。我们计算$θ$的一个简单的模型，访问的拓扑绝缘体，并讨论其连接到表面霍尔电导率。轨道磁电极化率可以推广到多粒子波函数，并定义了三维拓扑绝缘体，如IQHE，在拓扑基态响应函数。
2009-04-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Magneto-resistance up to 60 Tesla in Topological Insulator Bi2Te3 Thin Films
本文报道了用脉冲激光沉积法生长的拓扑绝缘体Bi_{2} Te_{3}薄膜的磁输运性质。在低温下，在几特斯拉到60特斯拉的磁场范围内，观察到非饱和线性磁阻（MR）。我们证明了在高场下强的类线性磁共振可以很好地理解为Hikami-Larkin-Nagaoka理论所描述的弱反定域化现象。我们的分析表明，在我们的系统，一个拓扑绝缘体，弹性散射时间可以比自旋轨道散射时间长。我们简要地讨论了我们的狄拉克费米子物理和“量子线性磁阻”的背景下的结果。
2012-12-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Physical origin of giant excitonic and magneto-optical responses in two-dimensional ferromagnetic insulators
最近发现的磁性原子薄层的范德瓦尔斯晶体创造了巨大的机会，探索光-物质相互作用和磁光现象在二维极限。光学和磁光实验提供了深入了解这些主题，揭示了强磁性圆二色性和巨大的克尔信号在原子薄的铁磁绝缘体。然而，巨磁光响应的本质及其微观机制仍不清楚。在这里，通过执行第一性原理GW和Bethe-Salpeter方程计算，我们表明激子效应主导了原型二维铁磁绝缘体CrI $_3$中的光学和磁光响应。我们模拟克尔和法拉第效应在现实的实验设置，并在此基础上，我们预测的敏感的频率和衬底的磁光响应的依赖性。这些发现提供了物理理解的现象，以及潜在的设计原则，工程磁光和光电子器件使用二维磁铁。
2019-05-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Orbital magnetoelectric coupling in band insulators
磁电响应是打破时间反转和反转对称性（特别是多铁性）的材料的基本特性，并且值得注意的是，是那些对称性未被打破的“拓扑绝缘体“的基本特性。先前的工作已经展示了如何计算自旋和晶格对磁电张量的贡献。在这里，我们解决了轨道贡献的问题，通过计算由磁场引起的冻结晶格电子极化。这种响应的一部分（“陈-西蒙斯项”）甚至可以出现在时间反演对称材料中，并且先前已经在拓扑绝缘体中被量子化。在一般的材料中，磁电张量的所有部分都有额外的轨道贡献;这些贡献在拓扑绝缘体中由于对称性而消失，在几个没有时间反演和反演的简化模型中也消失了，这些磁电耦合以前已经研究过。我们给出了两个推导的响应公式，一个是基于均匀磁场和一个基于外推的长波磁场，并讨论了这个公式的一些后果。
2010-04-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Theory of bilinear magneto-electric resistance from topological-insulator surface states
从理论上研究了三维拓扑绝缘体表面的一种新的非线性磁电阻效应。与磁性双层膜中的单向磁电阻（UMR）效应不同，这种非线性磁电阻不依赖于导电铁磁层，并且与所施加的电场和磁场呈线性关系;因此，我们将其命名为双线性磁电阻（BMER）。我们表明，BMER的符号和幅度敏感地依赖于电流相对于磁场的方向以及结晶轴-一个属性，可以用来映射出的自旋纹理的拓扑表面状态通过简单的传输测量，替代角分辨光电子能谱（ARPES）。
2018-08-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Magnetoresistance evidence on surface state and field-dependent bulk gap in Kondo insulator SmB6
近藤绝缘体SmB 6的低温电阻饱和现象是凝聚态物理的一个长期难题，最近有人提出这一现象源于拓扑表面态。在这里，我们系统地研究了SmB6的磁阻在低温下高达55特斯拉。温度和角度相关的磁阻显示出类似的交叉行为低于5 K。不同晶面上的角相关磁电阻证实了二维表面态是5K以下磁电阻交叉的起源。基于由表面态和体态组成的双通道模型，从不同磁场下的温度相关电阻中提取了临界磁场为196 T的体带隙的场依赖性.我们的结果给出了一个一致的图片，以了解在SmB6的低温输运行为，符合拓扑近藤绝缘体的情况。
2015-03-27 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Single atom anisotropic magnetoresistance on a topological insulator surface
我们证明了拓扑绝缘体表面上的单原子各向异性磁电阻效应，产生于螺旋自旋动量锁定表面电子结构和磁性吸附原子态的杂化之间的相互作用。我们的第一性原理量子输运计算的基础上的Bi $_2$硒$_3$ Mn阐明了潜在的机制。我们补充我们的研究结果与一个二维模型有效的单吸附原子和磁性集群，这导致了一个拟议的设备设置实验实现。我们的结果解释了拓扑绝缘体表面磁性吸附原子的散射实验，揭示了磁性杂质周围真实的空间自旋织构.
2015-03-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Unusual magnetoresistance in a topological insulator with a single ferromagnetic barrier
在三维拓扑绝缘体中，通过薄铁磁势垒的隧穿表面电流对势垒的磁化方向具有非常大的响应。与对两个磁性层的相对对准敏感的常规磁阻器件相比，当单层的磁化旋转90度时，通过单层实现传输电流的急剧变化。数值估计预测，在室温下，巨磁电阻高达800%，势垒中的近交换相互作用为40 meV。当与磁化方向的电控制相结合时，这种现象可以用于增强门控功能，对于低功率应用具有潜在的急剧接通/关断。
2011-04-19 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Magnetoelectric effect in band insulator-ferromagnet heterostructures
我们从理论上研究了一般带绝缘体和铁磁体的异质结构中的磁电效应。与金属中的动力学磁电效应（称为Edelstein效应或逆自旋电流效应）相反，我们的机制依赖于价带和导带之间的虚拟带间跃迁，因此不受无序或杂质散射的影响。通过线性响应理论计算电场诱导磁化强度，我们发现，磁电效应显示没有特定的参数选择。磁电效应通过改变铁磁体中的磁矩的方向而定性地变化：对于面外磁矩，响应是对角的，而对于面内磁矩，响应是非对角的。我们还发现，在光学频率，磁电信号可以大大增强通过带间共振激发。最后，我们估计的混合卤化物钙钛矿半导体的带绝缘体的例子的磁电效应的大小，并与其他磁电材料进行比较。我们强调，我们的机制是相当普遍和广泛预期的，只需要Rashba自旋轨道耦合和交换耦合。我们的研究结果为自旋电子器件中磁矩的无焦耳热电操纵提供了一种很有前途的方法。
2019-02-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Magnetic field-dependent resistance crossover and logarithmic to non-saturating magnetoresistance in topological insulator Bi$_2$Te$_3$
我们报告了在230 K温度下，在垂直于表面施加外部磁场的情况下，单晶3D拓扑绝缘体Bi 2 Te 3中出现了类似金属-绝缘体的转变。这种转变在较大的磁场强度下变得更加突出，剩余电阻值随磁场线性增加。在低温下，磁电阻的磁场依赖性表现出从对数到线性行为的转变，并且该转变的起始磁场值随着温度的升高而减小。对数磁电阻表明表面狄拉克电子的弱反局域化，而高温行为源于本征杂质的体载流子。在更高的温度超过~230 K，一个完全经典的洛伦兹模型类型的二次行为的磁阻观察。我们还表明，实验观察到的异常在~ 230 K的磁输运性质不起源于任何堆垛层错的Bi 2 Te 3。
2020-06-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Disentangling the magnetoelectric and thermoelectric transport in topological insulator thin films
报道了具有可调电子能带结构的（Bi，Sb）2Te3拓扑绝缘体薄膜的输运性质研究。我们发现一个掺杂和温度制度中的霍尔系数是负指示的电子型载流子，而塞贝克系数是正指示的空穴型载流子。这种符号异常是由于体态和表面态的不同输运行为：表面狄拉克费米子主导磁电输运，而热电效应主要由体态决定。这些发现可能为设计基于拓扑绝缘体的高效热电器件提供新的思路。
2015-02-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Large Magnetoresistance in Topological Insulator Candidate TaSe3
通过高场（38 T）测量，在拓扑绝缘体候选材料TaSe 3中观察到了约1000%的不饱和磁电阻（XMR）。两个振荡模式，与一个空穴口袋和两个电子口袋中的散装，分别检测到从我们的Shubnikov-de Hass（SdH）测量，符合我们的第一性原理计算。通过详细的霍尔测量，我们的两带模型分析显示在T< 20 K时n_h/n_e接近0.9，这表明载流子补偿解释了TaSe 3中的XMR。
2020-09-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Large Unidirectional Magnetoresistance in a Magnetic Topological Insulator
本文报道了在磁性/半导体拓扑绝缘体（TI）异质结构Cr $_x$（Bi $_{1-y}$ Sb $_y$）$_{2-x}$ Te $_3$ /（Bi $_{1-y}$ Sb $_y$）$_2$ Te $_3$中的电流方向相关或单向磁电阻（UMR），它比其它已报道的系统大几个数量级。从磁场和温度的依赖关系，UMR被确定为起源于电子的磁振子的非对称散射。特别是，UMR的大幅度是自旋动量锁定和小费米波数在TI表面的结果。事实上，UMR在狄拉克点附近最大，费米波数最小。
2016-09-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin-dependent scattering induced negative magnetoresistance in topological insulator Bi2Te3 nanowires
新材料中的负磁电阻效应的研究是近年来自旋电子学研究的前沿。在这里，我们报告的Bi 2 Te 3拓扑绝缘体（TI）纳米线在超低温（20 mK）的温度相关的负磁阻的实验观察。在纵向磁场作用下，随着温度的升高，样品的磁阻由负变正。我们观察到一个很大的负磁电阻，在8 T时达到-22%。负磁阻和正磁阻之间的相互作用可以理解为失相和自旋轨道散射时间尺度之间的竞争。基于密度泛函理论框架下的第一性原理计算，我们证明了用于制备纳米线的Ga+离子铣削过程中的无序（替代）在Bi 2 Te 3晶体中诱导了局域磁矩，从而导致表面和体电子的自旋相关散射。这些实验结果表明，在纳米自旋电子学应用的基础上的纵向磁电阻在TI的显着进步。我们的实验结果表明，大的负纵向磁电阻在三维TI的进一步表明，轴向异常是一个普遍的现象，在一般的三维金属。
2019-05-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Determination of the quantized topological magneto-electric effect in topological insulators from Rayleigh scattering
拓扑绝缘体（TI）表现出许多奇异的性质。特别是，拓扑磁电（TME）效应，量化的精细结构常数的单位，存在于TI。本文从理论上研究了TI圆柱对电磁波的散射特性，特别是在瑞利散射极限下的散射特性。与普通介质柱相比，由于TME效应，TI柱的散射表现出许多不寻常的特征。提出了两种简单地基于在一个或两个散射角处测量远场散射波的电场分量来确定TI的TME效应的建议。我们的结果还可以提供一种测量精细结构常数的方法。
2014-04-09 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Topological Magnetoelectric Response in Ferromagnetic Axion Insulators
拓扑磁电效应是拓扑场论的一个标志性反应，它为涌现拓扑现象的研究提供了一个范式转变。然而，它的直接观察尚未实现，由于要求苛刻的磁配置所需的间隙所有的表面状态。在这里，我们从理论上提出，具有简单的铁磁结构的轴子绝缘体，如MnBi_2 Te_4/（Bi_2 Te_3）_n系列，提供了一个理想的操场，实现TME。在设计的三角形棱柱几何形状中，所有的表面态都是磁带隙的。在垂直电场作用下，表面霍尔电流产生近半量子化的轨道矩，并伴随着无间隙的手征铰链模循环。因此，通过反转电场，可以容易地区分来自两个拓扑原点的轨道磁化。我们的工作铺平了一条新的途径TME在现实的轴绝缘体材料的直接观察。
2022-07-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Bilinear magnetoresistance in HgTe topological insulator: opposite signs at opposite interfaces demonstrated by gate control
出现在拓扑绝缘体（TI）和Rashba界面的自旋-轨道效应目前正在彻底改变我们如何操纵自旋，并导致了几个新发现的效应，从自旋-电荷相互转换和自旋-轨道扭矩到新的磁阻现象。特别是，一个令人困惑的磁阻已被证明，双线性的电场和磁场。在这里，我们报告的双线性磁阻（BMR）的应变碲化汞，一个原型TI的观察。我们表明，这BMR的幅度和符号可以通过控制，与一个电动门，相对表面的相对贡献的相对比例进行调谐。在1 T的磁场下，磁阻为1 \%的量级，并且具有比先前测量的TI更大的品质因数。我们提出了一个理论模型，给出了我们的实验数据的定量说明。这种现象，独特的TI，提供了新的机会来调整他们的电响应自旋电子学。
2023-02-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Trapped state at a dislocation in a weak magnetomechanical topological insulator
拓扑绝缘体（TI）的特征在于绝缘体和其边界上的对称保护束缚态。“强”拓扑绝缘体的特征在于受某些内部对称性保护的\emph{all}边界上的稳健导电状态。然而，“弱”拓扑绝缘体（WTI）需要晶格平移对称性，使其对无序更敏感。然而，这种敏感性引起了有趣的特性，如各向异性的边缘模式，量子化的电荷极化，并出现在位错缺陷的束缚态。尽管拥有有趣的功能，WTI对疾病的敏感性构成了实验确认的挑战。在这里，我们实现了一个2D磁机械超材料，并通过实验证明了WTI的独特功能。具体来说，我们表明，二维WTI是各向异性的主机边缘模式只在某些边缘，以及托管在位错缺陷的束缚态。我们构建的2D WTI从堆叠的1D SSH链，我们在实验上显示了不同的间隙阶段的1D模型。
2020-12-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Magnetic-proximity-induced magnetoresistance on topological insulators
本文从理论上研究了三维拓扑绝缘体（3D TI）表面覆盖铁磁绝缘体（FI）的二维无质量Dirac电子的磁电阻效应。我们计算的电荷和自旋输运Kubo和玻尔兹曼理论，考虑到梯形顶点校正和散射由于正常和磁无序。的诱导交换分裂被发现产生的导电性，这取决于磁化方向，但它的形式是非常不同的各向异性和自旋霍尔MR。在平面内MR消失相同的非磁性无序，而面外磁化引起一个大的MR比。另一方面，我们确实发现了平面内MR和平面霍尔效应，在存在与FI磁化对准的磁无序的情况下。我们的结果可能有助于理解最近的运输测量TI| FI系统。
2017-03-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Thickness-Dependent Magneto Transport of Bi2Se3/SiO2 Topological Insulator thin films
由于拓扑绝缘体可用于各种自旋电子学、量子计算和光电子学应用，因此对其表面态相关性质进行了大量研究。在该观点中，不同厚度的硒化铋薄膜借助于热沉积沉积在250 nm SiO2衬底上。本研究的动机是调查不同厚度的表面和体积相关的行为。通过掠入射X射线衍射仪（GI-XRD）和拉曼光谱对沉积的薄膜进行了表征，保证了薄膜的无杂质沉积。进一步研究了Bi_2Se_3/SiO_2薄膜的输运性质，发现该体系具有弱的反局域化效应（WAL），并提出了Bi_2Se_3/SiO_2薄膜作为拓扑Anderson绝缘体（TAI）的观点.
2022-07-04 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Transition between ordinary and topological insulator regimes in two-dimensional resonant magnetotransport
在二维情况下，普通态和拓扑绝缘体态之间的跃迁可以用质量项在跃迁点改变符号的质量狄拉克模型来描述。我们从理论上研究如何通过本地化的螺旋边缘状态，这样的过渡体现在共振输运本身。谐振发生在带隙的中间，由于零边缘状态模式，这是由时间反演对称性保护，也当耦合到导电引线。我们得到了共振电导对质量参数和外加磁场的显式依赖关系。该建议可能是实际使用，允许一个确定的轨道g-因子的螺旋边缘状态的二维拓扑绝缘体。
2011-02-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Magneto-optical Signatures of Volkov-Pankratov States in Topological Insulators
除了通常的手征表面态，大量的表面态可以出现在拓扑和平凡的体绝缘体之间的光滑界面。虽然不像手征态那样受到拓扑保护，但这些由Volkov和Pankratov在20世纪80年代提出的大质量态仍然反映了界面上涌现的狄拉克物理。我们从理论上研究了这些表面态的磁光响应，这与体态的磁光响应有着显著的不同。最突出的是，我们表明，这些国家可以清楚地确定在一个磁场和它的方向相对于接口的存在。
2020-01-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Frequency-dependent Phonon-mediated Unidirectional Magnetoresistance in a Metal on an Insulator with Highly Nonequilibrium Magnons
本研究针对重金属/磁性绝缘体双层结构，提出考虑自旋珀尔帖效应、电子-声子散射及磁振子局域非平衡的解析模型，解释了单向磁阻与自旋塞贝克效应的频率依赖性，揭示了热穿透深度与磁振子自旋扩散长度的关联机制。
2022-08-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Giant Positive Magnetoresistance and field-induced metal insulator transition in Cr2NiGa
本文报道了新合成的Heusler化合物Cr_2NiGa的磁输运性质。Cr_2NiGa具有无序立方B_2结构，空间群为Pm-3 m。样品被发现是顺磁性下降到2 K与金属字符。在施加磁场时，观察到电阻率的显著大的增加，其对应于在最低温度下在150 kOe的场下高达112%的磁阻。最值得注意的是，样品显示出负温度系数的电阻率低于约50 K下的应用领域大于或等于80 kOe，标志着场诱导金属“绝缘”的转变。所观察到的磁阻遵循科勒规则低于20 K，表明在金属中的电子输运的半经典模型的有效性与一个单一的弛豫时间。电子输运的多带模型，最初提出的半金属，被认为是适当的描述样品的磁输运行为。
2016-10-21 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Finite-temperature conductivity and magnetoconductivity of topological insulators
拓扑绝缘体的电子输运实验面临着一个两难的选择。磁导率的负尖点被广泛认为是拓扑表面态的量子输运特征，这些拓扑表面态不受局域化的影响，并且表现出弱的反局域化。然而，当温度降低时，测得的电导率下降，表现出与普通无序金属一样的弱局域化的典型特征。本文在同时考虑电子-电子相互作用和量子干涉的情况下，给出了无质量和有质量狄拉克费米子的电导率公式，它是磁场和温度的函数.该公式通过明确阐明电导率的温度依赖性由相互作用主导，而磁导率主要由量子干涉贡献来调和这一困境。该理论为定量研究拓扑绝缘体和其他二维Dirac类系统（如石墨烯、过渡金属二硫属化物和硅烯）中的输运铺平了道路。
2014-04-08 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tailoring tricolor structure of magnetic topological insulator for robust axion insulator
探索新的电磁现象是拓扑量子材料研究的热点之一。拓扑磁电效应是材料中电场和磁场的非常规耦合效应，是有待实验验证的一种前所未有的效应。拓扑绝缘体（TI）的磁性异质结构具有这种奇异的磁电耦合，有望实现作为轴子绝缘体的TME效应。在这里，我们设计了一种具有三色结构的磁性TI，其中非磁性层（Bi，Sb）2Te3被夹在软铁磁Cr掺杂的（Bi，Sb）2Te3和硬铁磁V掺杂的（Bi，Sb）2Te3之间。伴随着量子反常霍尔（QAH）效应，我们观察到零霍尔电导率平台，这是一个标志的轴子绝缘体状态，在一个广泛的磁场之间的矫顽场的Cr和V掺杂层。轴子绝缘体状态的电阻高达10^9欧姆，导致从QAH状态转变时超过10，000，000%的巨大磁阻比。TI的三色结构不仅是研究拓扑结构不同现象的理想场所，而且为发展无耗散拓扑电子学提供了磁阻应用。
2017-08-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spintronics, from giant magnetoresistance to magnetic skyrmions and topological insulators
自旋电子学是当今凝聚态物理学的一个重要研究领域，它沿着凝聚态物理学的许多新方向发展。我们试图简单地介绍自旋电子学中涉及的物理现象--没有方程，但有许多示意图。我们还描述了自旋电子学的应用，今天的那些和那些预计将对信息和通信技术的未来发展产生重要影响。
2019-11-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Bulk contribution to magnetotransport properties of low defect-density Bi$_2$Te$_3$ topological insulator thin films
在拓扑材料领域的一个重要挑战是仔细解开的拓扑表面态的电子输运贡献的散装。对于Bi $_2$ Te $_3$拓扑绝缘体样品，已知在制造工艺期间暴露于空气的体单晶和薄膜是体导电的，其中化学势在体导带中。对于Bi $_2$ Te $_3$薄膜生长的分子束外延，我们结合结构表征（透射电子显微镜），化学表面分析作为时间的函数（X-射线光电子能谱学）和磁输运分析，以了解低缺陷密度和记录高体电子迁移率一旦电荷掺杂到体表面退化。从霍尔效应和量子振荡中提取的载流子密度和电子迁移率是一致的，并揭示了大的体载流子迁移率。由于体费米表面的圆柱形形状，体磁阻振荡的角度依赖性在本质上是二维的。
2018-01-23 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Magnetic-Resonance-Induced Pseudo-electric Field and Giant Current Response in Axion Insulators
磁电效应的量子化版本，称为拓扑磁电效应，可以存在于时间反演不变的拓扑绝缘体中，其所有表面状态都被磁性隔开。这种拓扑相被称为轴子绝缘体相，理论上已经提出，但由于拓扑磁电效应的小信号，仍然缺乏确凿的实验证据。在这项工作中，我们提出，在轴子绝缘体的动态面内磁化可以产生一个“伪电场“，它的作用在拓扑绝缘体薄膜的表面状态，并导致非零的响应电流。引人注目的是，我们发现，在磁共振（铁磁或反铁磁）的电流是大于拓扑磁电效应的几个数量级，从而作为一个可行的吸烟枪，以确认候选材料中的轴子绝缘体相。
2019-08-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci hep-th
Critical point for the strong field magnetoresistance of a normal conductor/perfect insulator/perfect conductor composite with a random columnar microstructure
最近开发的自洽有效介质近似，与柱状微结构的复合材料，适用于这样的三个组成部分的各向同性正常导体，完美的绝缘体，和完美的导体，其中一个强磁场{ \bf B}是存在于垂直于柱状轴的平面的混合物。当绝缘和完美的导电成分不渗透在该平面中，微结构诱导的平面内磁阻被发现饱和为大{ \bf B}，如果完美的导体$p_S$的体积分数是大于完美的绝缘体$p_I$。相比之下，如果是$p_S<p_I$，则磁阻保持为${\bf B}^2$而不会饱和。当$p_S=p_I$为临界点时发生的宏观响应中的这种突变，具有作为这些点的特征的相关临界指数和标度行为。讨论了宏观响应奇异性的物理原因。这种现象显然涉及一种新型的逾渗过程。
2000-06-23 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Anomalous Magneto Optic Effects from an Antiferromagnet Topological-Insulator Heterostructure
没有净磁化的材料通常不是磁光活性的。虽然这是单独为真的共线反铁磁体（AFM）和拓扑绝缘体（TI），它在这里示出的磁光克尔效应（MOKE）出现时，TI和AFM膜接近耦合。由于缺乏宏观磁化，AFM只耦合到TI表面之一的自旋，打破了时间反转和反转对称性-这导致了一个微小的$μ$度MOKE信号。这种小MOKE可以很容易地增强5个数量级，通过腔谐振，通过优化AFM和TI膜厚度的基板上。对于稍微偏离共振的结构，6度克尔旋转可以通过改变费米能量来电切换。这需要小于20 meV，这对于低功率自旋电子学和磁光器件是令人鼓舞的。我们进一步表明，这种简单的结构很容易恢复到5%的材料生长误差。
2020-06-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Emerging Weak Localization Effects on Topological Insulator-Insulating Ferromagnet (Bi_2Se_3-EuS) Interface
在绝缘铁磁EuS上直接沉积拓扑绝缘体Bi_2Se_3薄膜。在居里温度（T_C）以下的零场附近观察到异常的负磁电阻，类似于弱的局域效应，而在T_C以上则恢复到正常的正磁电阻。当上下表面耦合时，只有厚度小于4 nm的Bi_2Se_3层才能观察到这种负磁电阻效应。这些结果为拓扑绝缘体和绝缘铁磁体之间存在邻近效应提供了证据，为实现三维拓扑绝缘体的半整数量子化反常霍尔效应奠定了基础.
2013-08-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Orbital magneto-optical response of periodic insulators from first principles
磁光响应，即在存在磁场的情况下的光学响应，通常用于材料的表征和光通信。然而，晶体中电场和磁场的量子力学描述并不简单，因为位置算符定义不好。本文提出了周期边界条件下含时电磁场的密度矩阵微扰理论的一种新形式，使我们能够在\textit{ab initio}水平上处理固体的轨道磁光响应.所提出的计算方案的效率是可比的标准的线性响应计算的吸收光谱和分子和固体的测试结果与现有的实验数据一致。在单层六方氮化硼的连续磁光谱中，揭示了谷塞曼效应的明显特征。本形式主义开辟了道路的磁光效应在强驱动的低维系统的研究。
2019-02-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
