Inversion symmetry protected topological insulators and superconductors
三维拓扑绝缘体是一类具有强的无隙边界激发的量子相，它受到时间反转、电荷守恒和自旋旋转对称等全局对称性的保护.在这项工作中，我们系统地研究了另一类拓扑相位的弱相互作用的电子保护的空间反演对称性，通常不支持稳定的无隙边界状态。我们在K理论的框架下对这些反转对称的拓扑绝缘体和超导体进行了分类，并构造了它们的晶格模型。我们还讨论了这些反转保护的拓扑相位，这是他们的实验签名的量化响应函数。
2014-03-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Topological properties of the [110] SnTe nanowires
本文研究了[110] SnTe纳米线在多种外场组合下的对称保护拓扑态，发现其正常态存在Weyl半金属相和拓扑绝缘相，并在超导与反演对称性破缺下可实现局域Majorana零模，且该相更易实现。
2024-07-23 cond-mat.mes-hall
Two-Dimensional Dirac Fermions Protected by Space-Time Inversion Symmetry in Black Phosphorus
我们报道了在表面掺杂的二维半导体黑磷中实现新颖的受保护的狄拉克费米子。通过表面斯塔克效应的黑磷的宽可调带隙被用来实现高达~ 0.6eV的令人惊讶的大带反转。高分辨率角分辨光电子能谱直接揭示了狄拉克点对的产生及其沿滑动镜对称轴的运动。与石墨烯不同，黑磷的狄拉克点是稳定的，即使在存在自旋轨道耦合的情况下，也受到时空反演对称性的保护。我们的研究结果建立了黑磷在倒置制度作为一个简单的模型系统的二维保维（拓扑）狄拉克半金属，提供了一个前所未有的机会，发现二维外尔半金属。
2017-11-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Fragile Topology Protected by Inversion Symmetry: Diagnosis, Bulk-Boundary Correspondence, and Wilson Loop
本文研究了受反转对称性保护的易碎拓扑绝缘体（TI）的体积和边界性质，主要集中在Altland-Zirnbauer分类的A类。首先，我们提出了一种有效的方法来诊断脆弱的带拓扑结构，利用对称性数据在动量空间。使用这种方法，我们表明，在所有可能的宇称配置的反转对称绝缘体，至少有17%的人有脆弱的拓扑结构在2D中，而脆弱的TI小于3%，在3D中。其次，我们研究了由反转对称性保护的脆弱TI的体边界对应。特别地，我们将通常为$0<k\le d$定义的$d$维（$d$ D）$k$阶TI的概念推广到具有$k>d$的情形，并证明了它们都具有脆弱拓扑.根据狄拉克哈密顿量，$d$ D $k$阶TI具有$(k-1)$边界质量项。我们证明了具有填充异常的最小脆弱TI可以被认为是$d$ D $(d+1)$阶TI，并且所有其他具有$k>(d+1)$的$d$ D $k$阶TI可以通过堆叠$d$ D $(d+1)$阶TI来构造。虽然$d$ D $(d+1)$阶TI没有隙内态，但边界质量项沿边界携带奇数缠绕数，这在边界质量项突变的位置处在边界上感应出局域电荷。在有$k>(d+1)$的情况下，我们证明了有边界系统的净宇称可以区分拓扑绝缘体和平凡绝缘体。同时，通过研究（嵌套）威尔逊圈谱，确定了解决Wannier阻塞的最小谱带数，这与我们的脆弱拓扑诊断方法的预测是一致的.最后，我们证明了通过绝热泵浦$d$ D $k$阶TI…
2019-11-20 cond-mat.mes-hall
Helical edge states induced by lateral spin-orbit coupling
边缘的存在局部地破坏了异质结构的反转对称性，并引起横向（边缘）自旋轨道耦合（SOC），在某些条件下，这可以导致螺旋边缘态的形成。如果边缘SOC足够强，则螺旋边缘态可以穿透带隙并且与体状态能量隔离。作为一个结果，后向散射被抑制，无耗散的螺旋边缘通道保护免受时间反演对称扰动出现，和系统的行为作为一个二维拓扑绝缘体（TI）。然而，与以前的工作TI，这里提出的机制，为创建受保护的螺旋边缘状态依赖于强边缘SOC，而不是带反转。
2015-11-10 cond-mat.mes-hall
Symmetry-protected coherent transport for diluted vacancies and adatoms in graphene
我们研究了低浓度的吸附原子或单个空位在其他清洁石墨烯的线性响应输运性质中的影响。这些杂质被视为本地化的轨道，并为每种类型的两种情况下，不同的耦合对称性进行了研究。对于吸附原子，我们认为顶部和空心网站吸附（TOP和HS）。对于空位，我们研究了软键重构（REC）的杂质形成，以及在未重构空位（VAC）中电荷积累的更对称的情况。我们的结果表明，当石墨烯-杂质耦合不具有$C_{3v}$对称性（TOP和REC）时，输运由通常的杂质散射决定。相反，VAC杂质在狄拉克点处与电子态解耦，并且对于电荷中性的样品，对电阻率没有贡献。此外，反转对称性守恒HS杂质也从整个布里渊区的动量的整个集合中解耦，并且在宽的参数范围内对电阻率没有贡献。这些行为分别受到$C_{3v}$和反转对称性的保护，并且对于更一般的杂质模型持续存在。
2016-08-30 cond-mat.mes-hall
A topological crystalline insulator (TCI) phase via topological phase transition and crystalline mirror symmetry
利用自旋轨道相互作用驱动的能带反转实现了一种具有时间反转对称性的Z2拓扑绝缘体。例如，Bi-Sb系统中的拓扑相位是由于奇数个带反转。一个相关的自旋轨道系统，（Pb/Sn）Te类，已经知道包含偶数个基于能带理论的反转。在这里，我们实验研究的可能性的镜像对称保护拓扑晶体绝缘体相的（Pb/Sn）Te类材料已被理论预测存在于其非合金版本。我们的实验结果表明，在一个有限的铅组成以上的拓扑反转相变，表面表现出偶数的自旋极化狄拉克锥态（而不是奇数中观察到的Bi-Sb合金或Bi 2Se 3）揭示镜像保护的拓扑秩序中观察到的Bi-Sb或Bi 2Se 3不同。我们观察到的自旋极化的狄拉克表面态的反转（Pb/Sn）Te和他们的缺席，通过拓扑相变（自旋-轨道诱导带反转型）相关的非反转化合物的研究提供了实验基础，在未来的量子器件的新的拓扑秩序。
2012-10-10 cond-mat.mes-hall
Effects of first- and second-order topological phases on equilibrium crystal shapes
本文通过紧束缚模型和Wulff construction方法，研究了TI、TCI和SOTI的平衡晶体形状，发现拓扑边界态的存在与否以不同于平庸绝缘体的方式影响特定晶面的出现。
2023-06-28 cond-mat.mes-hall
Topological nodal line semimetals with and without spin-orbital coupling
我们从理论上研究了具有晶体对称性保护的节线的三维拓扑半金属。与具有点节点的TSM相比，例如，Weyl半金属和Dirac半金属，其中导带和价带在离散点处接触，在这些新的TSM中，两个带在布里渊区的闭合线处交叉。我们提出了两类新的对称性保护的节线的存在和存在的自旋轨道耦合（SOC）的情况下，分别。在前者中，我们讨论的节线的反演对称性和时间反演对称性相结合的保护，但不像任何以前研究的节线在同一对称类，每个节线有一个$Z_2$负电荷，只能创建（湮灭）成对。在第二类中，与SOC，我们表明，非对称性（螺旋轴）保护四带交叉节线的系统具有反转和时间反演对称性。
2015-07-22 cond-mat.mes-hall
Inversion-protected higher order topological superconductivity in monolayer WTe$_2$
单层WTe $_2$，一种中心对称的过渡金属碲化物，最近被确定为量子自旋霍尔绝缘体，并发现在门控时超导。本文用平均场微观模型研究了超导WTe $_2$的对对称性和拓扑性质。令人惊讶的是，我们发现在我们的相图中的自旋三重态相所有主机马约拉纳模式本地化的两个对角。即使当传统的配对是有利的，我们发现，一个中间的平面内磁场超过泡利极限稳定非常规的等自旋配对对齐的字段，这也主机马约拉纳角模式。基于我们的发现，我们从边界的角度得到了具有“高阶拓扑”的二维超导体的配方：通常，超导反对称量子自旋霍尔材料的正常态费米表面远离高对称点，如门控单层WTe $_2$，如果超导性是奇偶奇的，主机马约拉纳角模。我们进一步指出，这种高阶相是一种反转保护的拓扑晶体超导体，并研究了体边界对应。最后，我们讨论了可能的实验探测马约拉纳角模式。我们的研究结果表明，超导单层WTe $_2$是一个游乐场的高阶拓扑超导性，并可能是第一个材料实现反型保护马约拉纳角模不利用邻近效应。
2020-09-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Green's Function Approach to Interacting Higher-order Topological Insulators
Bloch波函数在非相互作用系统的拓扑相诊断中起着至关重要的作用。然而，布洛赫波不再适用于有限库仑相互作用的存在下，需要替代的方法来确定的拓扑指数。在本文中，我们专注于三维高阶拓扑绝缘体的$C_4T$对称性的保护，并表明，拓扑指数可以计算通过逆格林函数在零频率的本征态。如果有一个额外的$S_4$旋转反转对称，拓扑指数$P_3$可以确定的特征值$S_4$在高对称动量，类似于Fu-Kane宇称准则。我们使用多体精确对角化在高阶拓扑绝缘体相互作用，验证了这种方法。我们还讨论了这种高阶拓扑相在具有$C_4T$保持磁序的四元晶格结构中的实现。最后，我们讨论了必要的铰链状态出现的边界条件，并表明，这些铰链状态存在，即使当边界是光滑的，没有尖锐的铰链。
2022-10-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
One-dimensional topological insulators with noncentered inversion symmetry axis
本文讨论了一维拓扑绝缘体在任意晶胞中具有反转对称但反转轴不居中的特性。在这些系统中，全局反演操作产生一个k-依赖的反演算子内的单位细胞，这意味着一个非量化的扎克的相位平凡和非平凡的拓扑相位。通过将Zak相位与修正宇称算符在反演不变动量处的本征值联系起来，导出了Zak相位的修正量子化形式。我们表明，有限能量拓扑边态的这个家庭的链的对称性保护，而不是通常的手征对称性，但由一个隐藏的子晶格手征对称。一个简单的理由是提出了任何选择的这些链的末端的偏振量子化关系的移位。
2020-01-27 cond-mat.mes-hall
Effect of magnetic field on a magnetic topological insulator film with structural inversion asymmetry
研究了磁场对具有结构反转不对称性的双磁性拓扑绝缘体薄膜的影响。我们介绍了相图，解析计算了朗道能级谱，并在Landauer-Büttiker公式中模拟了输运行为。量子反常霍尔相位将在增加的磁场中幸存。由于朗道能级的两个自旋极化零模，在结构反转对称性的保护下，磁场可以诱导出类似于量子自旋霍尔效应的非平凡相位。一些奇异的纵向和霍尔电阻平台的分数值也被发现在一个六端霍尔酒吧，由于反转能带和朗道能级之间的耦合所产生的。
2016-05-12 cond-mat.mes-hall
Kaleidoscope of symmetry protected topological phases in one-dimensional periodically modulated lattices
我们确定了在一维超晶格中存在各种不同的保序拓扑态，这些保序拓扑态具有周期性调制的跳跃振幅或在位势，它们可以通过量子化的Berry相位$π$或一对简并边界态的出现来表征.结果表明，根据调制周期的奇偶性，可能存在三种拓扑相位，它们分别受到反转对称性、手征对称性和这两种对称性的保护.本文还讨论了跳跃和电势调制之间的联系。此外，我们还证明了在同一超晶格中的相互作用玻色子系统中可以实现由反演对称性保护的拓扑相位。这些结果很有可能在用最先进的技术设计的超晶格系统中进行实验研究。
2014-12-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Corner states, hinge states and Majorana modes in SnTe nanowires
SnTe材料是探索拓扑结构和不同类型对称性破缺相互作用的最灵活的材料平台之一。我们研究了在塞曼场、s波超导和反转对称破缺场的各种组合下SnTe纳米线中的量子态保护拓扑态。我们揭示了正常态下鲁棒角态和铰链态的起源。在超导性的存在下，我们发现反转对称性保护的无间隙的散装马约拉纳模式，这引起量子化的弹道导线的热导。通过引入反转对称性破缺场，大量的马约拉纳模式成为缺口和拓扑保护本地化马约拉纳零模式出现在电线的两端。
2022-02-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Effective Hamiltonian for protected edge states in graphene
拓扑绝缘体中的边缘态在布里渊区中关于一个时反不变动量$Λ$对称地分散，在$Λ$处具有受保护的简并。通常，TI通过一个或多个拓扑不变量的值与普通绝缘体区分开，所述拓扑不变量需要分析跨越BZ的体能带结构。基于紧束缚哈密顿量关于BZ边缘的时间反演不变$M$点的泰勒展开，我们提出了一种有效的石墨烯电子态的双带哈密顿量.这个哈密顿量提供了一个忠实的描述的保护边缘状态的锯齿形和扶手椅带，虽然BZ的概念是不是这样一个有效的模型的一部分。我们表明，边缘状态是由带反转在倒易和真实的空间，这允许一个选择$Λ$的边缘状态，而不影响批量光谱。
2017-03-28 cond-mat.mes-hall
Inversion Symmetric Topological Insulators
我们研究了不属于拓扑绝缘体的具有反转对称性的几何不变绝缘体。这些绝缘体不需要在能谱中具有无隙边界模式。然而，它们确实在两个纠缠区域之间的切割上的纠缠谱中表现出受保护的模式。它们的纠缠熵不可能自动消失，因此绝缘体可以称为拓扑的。能带结构的反转本征值与纠缠谱中的带隙态有直接的联系。受保护的纠缠水平的分类由整数$n\in Z$给出，其是在布里渊区中的反转对称点处的负反转本征值之间的差，以两个为一组。当哈密顿量描述一个陈氏绝缘体或一个非平凡的T-不变拓扑绝缘体时，纠缠谱呈现谱流。如果前者的Chern数为零，或者后者的T被破坏，则\emph{not}的纠缠谱确实具有谱流，但是，取决于反转本征值，仍然可以具有受保护的中间带。虽然谱流被打破，但带隙中的纠缠带不能被消除，绝缘体是拓扑的。在1D中，我们建立了所有反转动量下所有占据带的反转本征值的乘积与电荷极化之间的联系。在2D中，我们证明了反演特征值的乘积与陈数的奇偶性之间的联系。在3D中，我们发现了一个拓扑约束的产品的反演本征值表明，一些3D材料是拓扑金属，我们之间的联系和3D量子霍尔效应和磁电极化的T-对称性的情况下，反演本征值。
2010-10-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
Kitaev Building-block Construction for Inversion-Protected Higher-order Topological Superconductors
本文提出基于Kitaev构建块的通用框架，通过Majorana计数规则诊断反演保护高阶拓扑超导体，并构造最小模型验证其有效性。
2023-09-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Two-atom-thin topological crystalline insulators lacking out of plane inversion symmetry
本文提出了一种二维拓扑晶体绝缘体（TCI），它具有一个单晶胞（u.c.）这里展示了厚度。为此，首先表明，tetraphenic（$C_4$面内）对称性不是在有限厚度的TCI板上创建零能量金属表面态的必要条件，因为即使完全去除了所有的面内旋转对称性（提供拓扑保护），零能量状态也会持续存在。换句话说，模型上的零能级不是由于拓扑结构造成的（也不受拓扑结构的保护）。此外，有效的双重能量简并发生在远离体哈密顿量中的零能量的几个离散的$k-$点处--这些点是拓扑保护的--在u.c.~厚度限制体TCI哈密顿量的手征性质允许创建$2\times 2$平方哈密顿量，其拓扑性质在体和单个u.c.~厚度限制。对体相和u.c.-厚相通过涉及Pfweians的计算进一步保证。通过这种方式，在此部署了两个原子厚的TCI，演示了在体和二维中保持的拓扑相。
2022-11-09 cond-mat.mes-hall
Strong and weak second-order topological insulators with hexagonal symmetry and $\mathbb{Z}_3$ index
我们提出了二阶拓扑绝缘体（SOTI），其晶格结构在三维和二维中具有六角对称性$C_{6}$。我们从一个三维弱拓扑绝缘体开始，它构造在堆叠的三角晶格上，只有侧拓扑表面态。然后，我们引入了一个额外的质量项，间隙的侧表面状态，但保留铰链状态。所得到的系统是一个三维的SOTI。体拓扑量子数被证明是由反转时间反演对称性$IT$和旋转反转对称性$C_{6}I$保护的$\mathbb{Z}_{3}$指数。我们得到三个阶段，平凡，强和弱SOTI阶段。我们认为这两种类型的SOTI的起源。六棱柱是尊重这些对称性的典型结构，其中六个拓扑铰链状态出现在侧面。构建块是二维的六边形，其中拓扑角状态出现在SOTI相的六个角处。当层间跳跃相互作用较强和较弱时，分别得到强和弱的SOTI。它们的特点是铰链状态的出现，连接到或脱离散装带。
2018-03-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
A majority gate for two-dimensional ferromagnets lacking inversion symmetry
操纵拓扑保护场的配置，已经预测和实验观察到的非中心对称磁体，作为skyrmions，merons和antimerons肯定有潜在的应用逻辑门操作作为信息的载体。在这里，我们提出并阐述了如何在缺乏反转对称性的可果美铁磁体上构建三输入非正则多数门的概念证明。通过利用可果美磁体中边缘模的存在，可以在材料的边缘产生拓扑激发，如重子和反重子。使用原子自旋动力学模拟，我们确定了精确的物理条件的创建和湮灭的merons和反merons，在第二阶段，我们描述了多数门的功能。
2021-03-22 cond-mat.mes-hall
Weyl-like points from band inversions of spin-polarised surface states in NbGeSb
能带反转是稳定固体中各种新电子态的关键，从拓扑绝缘体的反转体带隙中的拓扑表面态到形成受保护的三维狄拉克和外尔点以及半金属的拓扑线。在这里，我们创建一个带反转不是体状态，而是表面状态之间的流形。我们意识到这一点的异价替代铌锆和锑的S在ZrSiS家族的非对称半金属。利用角分辨光电子能谱和密度泛函理论，我们展示了如何驱动两对表面态，已知从ZrSiS，在NbGeSb的费米能级附近彼此相交，以及发展明显的自旋轨道介导的自旋分裂。我们演示了如何镜像对称导致保护交叉点在所得的自旋轨道纠缠表面能带结构，从而稳定的表面状态类似物的三维外尔点。更一般地说，我们的观察结果表明，工程拓扑结构和安全性保护的国家通过带反转的表面状态的新机会。
2019-11-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Symmetry-protected spin gaps in quantum wires
这项工作表明，一个强关联的相位，这是gapped集体自旋激发，但gapless电荷波动出现作为一个普遍的功能，在一维费米子系统遵守一定的对称性。也就是说，通过库仑排斥相互作用的纳米线是对称的时间反转和空间反转对称性下表现出自旋带隙时，一对自旋简并子带被占用，并存在一个任意弱的自旋轨道相互作用。这个一般结果与一维禁闭的细节、费米自旋或自旋-轨道相互作用的性质无关。在窄间隙半导体中，该间隙可以是10 \textmu eV的量级。这种强关联相可以通过Aharonov-Bohm振荡中的异常$h/2e$通量周期性和$2e$周期性库仑阻塞来识别，这些特征反映了尽管不存在超导性和相互作用的排斥性质，但存在费米子配对。
2019-10-14 cond-mat.mes-hall
Non-necessity of band inversion process in 2D topological insulators for bulk gapless states and topological phase transitions
在通常采用的2D拓扑绝缘体模型中，众所周知，体无带隙态形成在能带反转点处，在该点处，态的简并性受到对称性的保护。因此，有时很容易考虑这种特性，即无隙态的出现，是在对称性保护下的能带反转过程的结果。类似地，带反转过程甚至可能被认为是诱导2D拓扑相变所必需的。为了澄清这些误导的观点，我们提出了一个简单的模型与灵活的陈数来证明，散装无带隙状态出现在拓扑相变的相边界，尽管没有带反转过程。此外，体无间隙状态不需要出现在由对称性保护的特殊$k$点处。鉴于这些基本的\textit{conceptual}问题的重要性及其广泛的影响，我们的澄清应该产生强烈的普遍利益和重大影响。此外，我们的一般模型的简单性和灵活性与任意陈数应证明有用的广泛的未来研究的拓扑状态的物质。
2017-10-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Higher angular momentum band inversions in two dimensions
我们研究了一类特殊的二维拓扑相变，它由相对角动量大于1的带的反转描述。这种带反转受旋转对称性的保护，将平凡绝缘体与具有更高陈氏数的陈氏绝缘相分离，从而推广了狄拉克费米子描述的量子霍尔跃迁。更高的角动量带反转是特别感兴趣的，因为在过渡时的非零态密度可以引起有趣的多体效应。在这里，我们介绍了一系列的最小晶格模型，实现更高的角动量带反演。然后，我们考虑相互作用的影响，专注于电子空穴激子凝聚，打破旋转对称性的可能性。对激子绝缘体平均场论的分析进一步揭示了具有较高陈数的陈绝缘相的基态具有多分量整数量子霍尔态的结构。最后，我们推广的概念，更高的角动量带反演类时间反演不变的系统，以下的计划Bernevig-Hughes-Zhang（BHZ）。这种能带反转可以被看作是向受旋转和反转对称性保护的拓扑绝缘体的转变，并且为实现相关拓扑相（诸如分数拓扑绝缘体）提供了有希望的场所。
2018-09-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
Valley-protected backscattering suppression in silicon photonic graphene
本文研究了全介质硅光子石墨烯的谷自由度。从非零谷陈数的观点重新讨论了反转对称性破缺下的光子带隙开放物理。通过观察时变电场，揭示了具有相反轨道角动量的体谷模。光子狄拉克哈密顿量很好地说明了拓扑跃迁。研究了Z形弯曲波导的谷相关边缘态和谷保护后向散射抑制。
2016-02-10 cond-mat.mes-hall physics.optics
Symmetry-Protected Ideal Type-II Weyl Phonons in CdTe
晶态固体的非平凡低能激发深刻地加强了对量子场论中基本粒子的理解。通常，拓扑准粒子主要集中在拓扑半金属中的费米子。在这项工作中，我们交替显示的第一性原理计算和对称性分析，理想的II型外尔声子存在于锌碲化镉（CdTe），一个著名的II-VI族半导体。重要的是，这些II型外尔声子起源于纵向声学和横向光学分支之间的反转。对称性保证了II型外尔点位于布里渊区边界处的高对称线上，即使破坏了反演对称性，也表现出受保护声子特征的鲁棒性。研究了投影在半有限（001）和（111）面上的非平凡声子表面态和表面弧。连接具有相反手征的外尔点的声子表面弧，保证非常长，清晰可见。这一工作不仅为研究Ⅱ型Weyl声子提供了一个有希望的候选者，而且为在实际材料中实现保维非平凡声子及其相关应用提供了一条途径.
2019-08-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Topological states between inversion symmetric atomic insulators
拓扑绝缘体的特征之一是其体拓扑不变量的值与在有限尺寸样本中观察到的拓扑保护边缘模式的数目之间的对应关系。这种体-边界对应关系已经被很好地测试为强拓扑不变量，并形成了所有拓扑学技术应用的基础。在这里，我们报告说，一组弱拓扑不变量，这只取决于原子晶格的对称性，也诱导一种特殊类型的体边界对应。它预测的存在或不存在的两个反转对称带绝缘体之间的界面上的状态本地化与平凡的值为他们的强不变量，基于空间群表示的频带上的任何一方的结。我们表明，这对应于基于拓扑材料的分类。接口模式通过带拓扑和接口对称性的组合来保护，并且可以用于基于异质结的器件中的拓扑传输和信号操纵。
2021-05-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ultra-robust topologically protected edge states in quasi-1D systems
提出一种无需传统对称性即支持拓扑保护边缘态的 zigzag 准一维模型，利用次近邻耦合介导边缘态并对多种无序具有鲁棒性，构建了拓扑不变量并展示了光子实现方案。
2024-04-30 cond-mat.mes-hall
Symmetry protected Z2-quantization and quaternionic Berry connection with Kramers degeneracy
对于具有时间反演（TR）不变性的一般参数相关哈密顿量，利用四元数Berry联络，引入了具有Kramers（KR）简并的非Abel Berry联络。这种四元数结构自然地扩展到具有KR简并度的多体系统。它的拓扑结构进行了明确的讨论相比，没有KR简并。通过给出明确的规范固定，讨论了具有非平凡拓扑结构的自然维数。最小模型有偶然的退化与/不KR退化，描述狄拉克和杨的单极。我们已经证明了杨幂实际上是一个四元数狄拉克幂。通过复/四元数Berry联系引入了具有/不具有KR简并的通用Berry相位。对于这些广义Berry相位的对称保护$\mathbb{Z}_2$量子化，给出了作为逆/反射等价的$\mathbb{Z}_2$量子化的一个充分条件.讨论了SO（3）和SO（5）非线性$σ$模型的拓扑荷与$CP^1 $和$HP^1$模型的Chern数的关系.
2009-09-27 cond-mat.mes-hall
One-dimensional $\mathbb{Z}$-classified topological crystalline insulator under space-time inversion symmetry
本文研究时空反演对称性保护的一维拓扑晶体绝缘体，提出用反演绕数作为$\mathbb{Z}$拓扑不变量进行分类，并发现无序诱导的拓扑安德森绝缘体，为能带拓扑分类提供了新范例。
2025-07-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.quant-gas quant-ph
Topological phases and surface flat bands in superconductors without inversion symmetry
我们利用三种不同类型的拓扑不变量研究了具有时间反转对称性的三维非中心对称超导体中的不同拓扑相。由于体边界对应，任何这些拓扑数的非零值表明零能量Andreev表面态的出现。我们发现，这些边界模式中的一些节点超导相是色散，即，它们形成拓扑保护的平坦带。表面布里渊区中零能平带出现的区域由体中节线在表面上的投影确定。这些无色散的Andreev表面束缚态有许多可观察到的结果，特别是在隧穿测量中的零偏压电导峰。我们还发现，在无隙阶段出现的Majorana表面模式的时间反演不变动量的$\mathbb{Z}_2$拓扑不变量的保护。
2011-09-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Inversion symmetric non-Hermitian Chern insulator
我们提出了一个二维非厄米陈氏绝缘体反演对称，这是各向异性的，并在x和y方向上交错的增益和损耗。在这个系统中，传统的体边界对应关系成立。Chern数是一个拓扑不变量，它能准确地预言拓扑相变和在拓扑非平凡带隙相中螺旋边态的存在。在无间隙阶段，通过对称性隔离和保护带接触点。简并点改变了系统的拓扑结构，而例外点则破坏了螺旋边态的存在。在单向开边界条件下，系统的无隙相存在拓扑保护的螺旋边态，这是由泡利矩阵平均值的矢量场所对应的缠绕数预测的.缠绕数还标识了能带中的边缘态和体态之间的分离点。非厄米性也支持一个拓扑相位与零陈数，其中一对间隙螺旋边缘状态存在。我们的研究结果提供了对对称保护的非厄米拓扑绝缘体的见解。
2019-10-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
A general route to form topologically-protected surface and bulk Dirac fermions along high-symmetry lines
产生拓扑绝缘体的拓扑非平凡带隙和三维Dirac半金属的孤立Dirac接触点的带反转通常产生于来自不同轨道流形的电子态的交叉。最近，沿着高对称线发生的单轨道流形带反转的概念已经被证明，稳定多个体和表面狄拉克费米子。在这里，我们讨论了实现这些阶段所需的基本成分，并讨论了它们在过渡金属二硫属化物家族中的存在。我们展示了它们的三维能带结构如何自然地只产生小的$k_z$投影带隙，并演示了这些如何在塑造这些材料的表面电子结构中发挥重要作用。我们证明，通过自旋和角度分辨的光电子能谱和密度泛函理论计算，X组TMDs PtSe $_2$和PdTe $_2$的表面电子结构是如何主机多达五个不同的表面状态，每个复杂的能带色散和自旋纹理。最后，我们讨论了如何起源的几个最近实现的拓扑现象的系统以外的TMD，包括铁基超导体，可以理解为一个结果，相同的潜在机制驱动$k_z$介导的带反转的TMD。
2019-02-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Antiferromagnetic Dirac Semimetals in Two Dimensions
寻找类似于石墨烯的受保护的二维狄拉克半金属对于基础和实际兴趣都是重要的。二维狄拉克锥是由晶体对称性和磁序保护可能会破坏他们的鲁棒性。在这里，我们提出了一个一般的框架来分类具有时间反演和反转对称性的自旋轨道耦合系统中的稳定的二维狄拉克半金属，并显示了稳定的狄拉克点的存在，在二维反铁磁半金属。与三维Dirac半金属的两类不同，二维Dirac半金属的时间反演对称性和反演对称性是一类与非对称空间群对称性密切相关的单一对称性。我们进一步提供了一个具体的模型，在反铁磁半金属，它支持Dirac保护的二维狄拉克点。这种系统的对称性破缺导致了二维手征拓扑态，如量子反常霍尔绝缘体和手征拓扑超导相。
2017-03-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Direct dynamical characterization of higher-order topological insulators with nested band inversion surfaces
高阶拓扑绝缘体（HOTI）是具有局部化在其$(d-n)$维边界处的拓扑保护的间隙内边界状态的系统，其中$d$是系统维度并且$n$是拓扑的阶。这项工作提出了一个相当普遍的动力学为基础的表征的一大类$Z$型HOTI没有专门依赖于任何对称性的考虑。我们创新方法的关键要素是将量子猝灭动力学与动量空间哈密顿量的所谓带反转表面（BIS）的嵌套配置连接起来，作为Clifford代数（可以放松的条件）的算子之和，从而可以在平等的基础上动态检测拓扑的每一个顺序。由于合成拓扑物质的实验可以直接测量某些赝自旋纹理的缠绕来确定BIS的拓扑特征，因此通过嵌套BIS定义的拓扑不变量都在正在进行的实验的范围内。此外，在定义高阶拓扑结构时具有嵌套BIS的必要性提供了研究和设计高阶拓扑相变的独特视角。
2020-08-10 cond-mat.mes-hall
Realization of a Z classified chiral-symmetric higher-order topological insulator in a coupling-inversion acoustic crystal
本研究在耦合反转声学晶体中实验实现了具有多极手性数4的高阶拓扑相，该相由长程耦合主导，保护每个角上的4个拓扑角模，为量子启发传感与计算设备提供新可能。
2023-10-12 cond-mat.mes-hall
Second-order topological insulators and superconductors with an order-two crystalline symmetry
二阶拓扑绝缘体和超导体在体块中和沿边界具有带隙的激发谱，但是在二维晶体的拐角处具有受保护的零模式或在三维晶体的铰链处具有受保护的无带隙模式。二阶拓扑相可以由体晶体对称性的存在引起。基于Shiozaki和Sato对具有二阶晶体对称性的体晶相的完整分类[Phys.\修订版本\ B { \bf 90}，165114（2014）]，例如镜面反射、二重旋转或反转对称，我们将所有相应的二阶拓扑绝缘体和超导体分类。分类还包括反对一对称和反对称。
2018-07-04 cond-mat.mes-hall
Symmetry-Protected Scattering in Non-Hermitian Linear Systems
对称性在物理学中起着基础性的作用，在非厄米物理中对称性的性质发生了变化。本文利用离散对称性对随机矩阵进行分类，研究了非厄米特线性系统中的保序散射。偶宇称对称性对散射系数施加了严格的约束：时间反演（C和K）对称性保护对称透射或反射;伪厄米性（Q对称性）或反演（P）对称性保护对称透射和反射。对于反演组合的时间反演对称性，透射和反射的对称特征互换。包括粒子-空穴对称性、手征对称性和亚晶格对称性在内的奇宇称对称性不能保证散射的对称性。这些指导原则是有效的埃尔米特和非埃尔米特线性系统。我们的发现提供了从凝聚态物理到量子物理和光学的对称性和散射的基本见解。
2021-01-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Spin-dependent transport through edge states in 2D semi-Dirac materials with Rashba spin-orbit coupling and band inversion
本文研究了具有Rashba自旋-轨道耦合和能带反转的二维I型半Dirac材料的体-边界对应关系，发现其拓扑边缘态具有自旋依赖性，并通过计算自旋分辨电导观察到由Rashba磁场引起的自旋进动振荡，为各向异性拓扑材料的自旋电子学控制提供了平台。
2025-05-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Symmetry Protected Bulk-Boundary Correspondence in Interacting Topological Insulators
Raman Research Institute（拉曼研究所）
研究通过关联多体拓扑不变量与纠缠光谱中的特征退化结构，建立了相互作用拓扑绝缘体的定量体-边界对应关系，揭示了高阶 winding 数的 Su-Schrieffer-Heeger 链中纠缠退化与 winding 数的 4^ν 关系。
2026-04-14 cond-mat.mes-hall
Strongly Ideal Robust Weyl Semimetals in Cubic Symmetry with Spatial-Inversion Breaking
我们表明，在一个家庭中，具有时间反演对称性和共享一个非中心对称的立方结构与空间群F-43米（第216号）主机强大的理想外尔半金属费米子与理想的拓扑保护功能的化合物。这个家族中的候选者是具有不同化学式AB2、ABC、ABC2和ABCD的化合物，并且它们的费米能级主要由非平凡的外尔费米子填充。系统的对称性要求具有相反手征性的外尔节点在动量空间中很好地分离。相邻的外尔点具有相同的手征性，因此这些外尔节点相对于晶格微扰不会相互湮灭。由于费米弧和表面态连接具有相反手征的外尔节点，后者在动量空间中的大分离保证了非常长的弧和表面态的出现。这项工作表明，使用系统对称性的第一性原理计算作为一个强大的配方发现新的外尔半金属有吸引力的功能，其保护的费米子可能是许多应用的候选人。
2017-05-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Symmetry-protected Nodal Points and Nodal Lines in Magnetic Materials
电子能带色散中的节点和节线结构的特征是在布里渊区（BZ）的某些角或线处具有高简并性。这些节点结构也可以存在于磁有序材料中的巡回电子的色散中，其对称群是称为磁空间群的反幺正群。在目前的工作中，我们提供了一个完整的列表的磁空间群，可以主机的自旋1/2费米子粒子的不可约保护的点/线能带结构，其中的节点/线的简并性是由不可约的投影表示（IPReps）的小co-groups保证。我们的讨论仅限于磁点群包含时空反演操作$\tilde T=\mathcal IT$、空间反演操作$\mathcal I$和时间反演操作$T$的组合操作的磁空间群，使得能带在BZ中任意点处至少是双简并的。对于这些磁点群，我们提供了不变量来标记投影Reps的类别，并且对于每个类别，我们计算所有不等价的IPReps。从结果中，我们选择出支持高维（$d\geq$ 4）IPReps的所有组和相应的Rep类。然后，我们列出了磁空间群和它们的高对称点/线，它们的小余群具有高维（$d\geq$ 4）IPReps和相应的因子系统。候选材料的例子进行了讨论。
2021-06-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Topologically non-trivial magnon bands in artificial square spin ices subject to Dzyaloshinskii-Moriya interaction
表现出拓扑保护的边缘状态的系统是有趣的，无论是从一个基本的角度来看，以及潜在的应用程序，后者是因为没有反向散射和鲁棒性扰动。期望能够控制和操纵这样的边缘状态。在这里，我们表明，人工方冰可以将这两个功能：一个界面Dzyaloshinksii-Moriya引起拓扑非平凡的磁振子带，和自旋冰的平衡态是可重构的不同配置具有不同的磁振子色散和拓扑结构。拓扑结构被发现发展为奇对称体和边缘磁振子带彼此接近，使建设性的带反转发生在倒易空间。我们的研究结果表明，拓扑保护带支持在正方形自旋冰。
2017-08-25 cond-mat.mes-hall
Altermagnetism: spin-momentum locked phase protected by non-relativistic symmetries
从20世纪50年代磁量子场的诞生到现代拓扑物质时代，人们一直在自旋和实空间耦合的相对论磁对称群的指导下寻找新的磁量子相、现象和功能材料。然而，磁组不能解开非相对论的相位和效果，如最近报道的非常规自旋物理共线反铁磁体从典型的弱相对论自旋轨道耦合现象。在这里，我们发现，更一般的自旋对称性在解耦的自旋和晶体空间分类非相对论共线磁性在三个阶段：传统的铁磁体和反铁磁体，和第三个不同的阶段结合零净磁化与交替自旋动量锁定的能带，我们称之为“altermagnetic”。对于这第三个基本的磁相，这是省略了相对论磁组，我们开发了一个自旋群理论描述六个特征类型的交流磁自旋动量锁定。我们证明了一个非凡的自旋分裂机制，在交流磁带起源于一个本地的电晶体场，这与传统的磁性或相对论分裂的全球磁化或反转不对称性。基于第一性原理计算，我们确定了从绝缘体和金属到铜酸盐超导体的母晶的交变磁性候选者。我们的研究结果支持新兴的研究量子相位和自旋电子学在高温磁体与轻元素，消失的净磁化，和强自旋相干。
2021-10-20 cond-mat.mes-hall
Topologically protected interface phonons in two-dimensional nanomaterials: hexagonal boron nitride and silicon carbide
我们进行了晶格动力学分析和分子动力学模拟，以证明存在的拓扑保护声子模式的二维，单层六方氮化硼片。拓扑声子模式被发现是本地化在一个平面内的界面，将系统分为两个区域的不同谷陈数。这种拓扑声子模式的色散跨越频率间隙[1123，1278] cm^{-1}，该频率间隙通过与量子谷霍尔效应的类比通过破坏原始单位晶胞中的硼和氮原子的反转对称性而打开。因此，具有该间隙内的频率的振动能量在拓扑上受到保护，导致波传播表现出最小的反向散射，对于诸如尖角的结构缺陷是鲁棒的，并且表现出优异的时间稳定性。我们的发现开辟了在二维纳米材料中实现拓扑声子和力学的可能性。
2018-07-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
$(d-2)$-dimensional edge states of rotation symmetry protected topological states
我们研究二维和三维具有时间反转对称性的四重旋转不变带隙拓扑系统（$d=2,3$）。我们表明，在这两种情况下，非平凡拓扑表现为存在的$(d-2)$维边缘状态，存在于一个点在2D或沿一条线在3D。对于没有相互作用的费米子系统，体拓扑不变量是根据填充带的Wannier中心给出的，并且当反演对称性也存在时，可以很容易地使用Fu-Kane公式计算。该理论扩展到强相互作用系统，通过明确的微观模型具有强大的$(d-2)$维边缘状态的建设。
2017-11-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Weyl semimetal from spontaneous inversion symmetry breaking in pyrochlore oxides
研究了弹性烧绿石晶格上强自旋轨道耦合电子的电子性质。类似于一维系统中的Peierls转变，晶格与电子自由度的耦合可以稳定晶体的自发变形。这种变形对应于呼吸模式，它打破了反转对称性。我们发现，对于中间值的交错应变，反转对称性破缺相实现拓扑Weyl半金属。在温度-弹性相图中，Weyl半金属显示出可重入相行为：它可以从在较高和较低温度下实现的对称相达到。对称相是狄拉克半金属，它是由烧绿石晶格的非对称空间群保护的。超过交错应变的临界值，断裂相是一个完全有间隙的平凡绝缘体。外尔半金属的表面态形成开放的费米弧，我们观察到，它们的连接依赖于终止的晶体。特别地，对于$\{111\}$膜，表面态的半经典闭合电子轨道在磁场中穿过本体两次、四次、六次或十二次。我们演示了如何通过应用表面势来调整费米弧的Lifshitz过渡（我们称之为Weyl-Lifshitz过渡）的批量交叉数。我们的研究结果提供了一个路线拓扑Weyl半金属在电介质材料，并可能与重过渡金属离子，如合金的铱酸盐烧绿石氧化物。
2015-01-13 cond-mat.mes-hall
Discriminant indicators with generalized inversion symmetry
我们提出的判别指标的系统与广义反演对称性计算数据仅在高对称点的布里渊区。我们的方法捕获的例外点和它们的安全保护的变体没有模糊性所产生的参考能量，这是优于以前已知的指标的非厄米系统。作为示范，我们系统地分析了$3\times 3$ -哈密顿，其中适当的参考能量的选择是不明显的。
2021-11-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el
Topological zero modes and Dirac points protected by spatial symmetry and chiral symmetry
我们探索了一类新的拓扑稳定的零能量模式的保护共存的手征和空间对称性。如果一个手征对称哈密顿算子具有一个额外的空间对称性，如反射、反转和旋转，那么这个哈密顿算子可以通过空间对称算子的本征值分解成独立的手征对称子系统。每个子系统支持手性零能量模式时，分配给块的拓扑指数是非零的。通过将该参数应用于布洛赫电子系统，我们在布里渊区的对称点处检测到带接触。特别是，我们表明，狄拉克节点出现在蜂窝晶格（如石墨烯）和半通量正方形晶格分别由三重和两重旋转对称性的保护。我们还提出了几个例子狄拉克半金属孤立带接触点在三维$k$ -空间，这是保护旋转和反射的组合对称性。空间对称的零模保护与传统的匝数保护不同。我们证明了即使缠绕数为零，也会出现受保护的带接触点。最后，我们确定相关的拓扑电荷分配给无间隙点。
2014-06-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Dislocation charges reveal two-dimensional topological crystalline invariants
我们确定了一个一对一的对应关系，其特征在于由一个通用的Burgers矢量和Berry相关联的电子布洛赫波的二维晶体绝缘体的位错周围的本地化的电荷。使用这种对应关系，我们揭示了位错电荷和反转和旋转的拓扑不变量的绝缘相在时间反演对称性的存在和不存在的情况下，之间的联系。我们的研究结果表明，位错电荷可以被用作晶体拓扑结构的通用探针。
2018-05-21 cond-mat.mes-hall
Magnetic order dependent photoluminescence from high energy excitons in hBN protected few-layer CrSBr
本研究系统探究hBN封装少层CrSBr的高能激子光致发光特性，发现Xh激子峰依赖层间磁有序，可用于探测自旋构型，还观测到中间磁态，证实其是研究激子-磁性相互作用的理想平台。
2025-07-31 cond-mat.mes-hall
Symmetry-protected ideal Weyl semimetal in HgTe-class materials
理想的外尔半金属，其所有外尔节点都精确地处于费米能级，并且在体中没有共存的平凡费米表面，类似于石墨烯，可以具有深层次的物理学特征，例如由手征异常引起的奇异输运现象。在这里，我们表明，碲化汞和半Heusler化合物，在很宽的范围内的面内压缩应变，可以在自然界中实现理想的外尔半金属与四对外尔节点和拓扑表面费米弧的材料。一般来说，我们发现，碲汞类材料的非平凡的带反转和非中心对称性提供了一个有前途的舞台，实现理想的外尔半金属。这种理想的外尔半金属可以进一步提供一个独特的平台来研究涌现现象，例如理想外尔费米子和半赫斯勒化合物LaPtBi中超导性之间的相互作用。
2016-03-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Controlling topology through targeted composite symmetry manipulation in magnetic systems
本研究通过对称性分析调控二维铁磁MnPSe3中的磁化方向，实现半金属到绝缘体的转变并产生陈绝缘体，展示了磁化依赖的拓扑相变作为自旋开关的潜力。
2024-11-08 cond-mat.mes-hall
