Weak antilocalization in topological insulator Bi$_{2}$Te$_{3}$ microflakes
研究了两种拓扑绝缘体（TI）$_{2}$微片在0.3 ~ 10 K温度范围和外加背栅电压（$V_{\rm BG}$）下的载流子输运.由于二维电子-电子相互作用的影响，在弱无序的存在下，对数的温度依赖的电阻校正被观察到。提取的库仑屏蔽参数为负值，这与TI材料中继承的强自旋轨道散射的情况相一致。特别是，在二维弱反局域化（WAL）效应的正磁阻（MR）测量在低磁场下，这可以令人满意地描述了一个多通道传导模型。无论是在低温下的$T < 1$ K和高积极的$V_{\rm BG}$，签名的存在下，两个相干的传导通道进行了观察，如由一个因素的增加$\approx$ 2的前因子的特征WAL MR幅度。我们的结果进行了讨论的狄拉克费米子表面状态的（可能）存在的条款，除了体状态，在三维TI Bi $_2$ Te $_3$材料。
2013-01-10 cond-mat.mes-hall
Crossover between weak localization and weak antilocalization in magnetically doped topological insulator
拓扑绝缘体（TI）是一类新型的量子材料，其绝缘体被拓扑保护的金属边界所包围。三维TI的表面态具有自旋螺旋Dirac结构，对时间反演不变扰动具有鲁棒性。这一非凡的性质特别体现在狄拉克费米子不存在背散射和狄拉克费米子的弱反定域（WAL）。通过磁性元素掺杂打破时间反演对称性（TRS）被预测将产生各种奇异的拓扑磁电效应。在这里，我们报告的磁掺杂TI Cr-Bi 2Se 3的运输研究。随着Cr浓度的增加，低温电导表现出从WAL到弱局域化（WL）的特征交叉。在重掺杂的情况下，WL在基态占主导地位，WAL重新进入温度上升，但可以驱动回WL由强磁场。这些复杂的现象可以用Berry相随磁性杂质打开的能隙演化的统一图象来解释。这一工作表明了一种有效的方法来操纵拓扑输运性质的TI表面态的TRS破缺微扰。
2011-03-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Weak Localization and Antilocalization in Twisted Bilayer Graphene
本文研究扭曲双层石墨烯中的弱局域化与反弱局域化效应，发现层间散射在特定费米能区导致电导率量子修正，并观察到从弱局域化到反弱局域化再回到弱局域化的双重转变现象。
2023-06-22 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall
Weak antilocalization in two-dimensional systems with large Rashba splitting
我们发展了二维电子的量子输运和磁导率的理论与任意大的（甚至超过费米能量），线性动量Rashba或Dresselhaus自旋轨道分裂。对于短程无序势，我们推导出量子电导率校正的解析表达式，该表达式考虑了具有任意数量散射事件的干涉过程，并且在扩散近似之外是有效的。我们证明了零场电导率校正是由通用对数“扩散”项和“弹道”项的总和。后者与温度无关，并编码有关光谱特性的信息。通过测量不同温度和电子浓度下的电导率校正，可以从实验中提取这些信息。我们计算了在整个经典弱磁场范围内的量子修正，发现对于任意的费米能和自旋轨道分裂之间的关系，在扩散区和弹道区的磁导率都是负的.我们还证明了当费米能级高于“狄拉克点”时，磁导率随费米能级的变化而变化，当费米能级低于“狄拉克点”时，磁导率不依赖于费米能级。
2016-04-05 cond-mat.mes-hall
Weak antilocalization and localization in disordered and interacting Weyl semimetals
利用Feynman图技术，从量子干涉和电子-电子相互作用出发，推导了三维无序Weyl半金属有限温度电导率和磁导率的计算公式.对于单一的外尔费米子谷，我们发现，在低温下，由于弱的反局域化，磁导率是负的，并且与磁场的平方根成正比。通过考虑弱反定域、Berry曲率修正和洛伦兹力的贡献，我们将计算的磁导率与最近的实验结果进行了比较。弱反局域化在零场附近总是主导导磁率，从而给出了Weyl半金属的输运特征之一。在强谷间散射和相关性的存在下，我们预计从弱反本地化到弱本地化的交叉。此外，我们发现，电子-电子相互作用和无序散射的相互作用总是在低温下主导电导率，并导致局域化的趋势。最后，我们提出了一个系统的比较单谷外尔费米子，二维无质量狄拉克费米子，和三维常规电子的输运性质。
2015-06-25 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tunable quantum interference effect on magnetoconductivity in few-layer black phosphorus
在这项研究中，我们发展了一个系统的弱局域化/反局域化理论，充分考虑到系统的各向异性和Berry相，并将其应用到各相的少层黑磷（BP），它具有高度各向异性的电子结构，电子间隙的大小可调甚至为负值。推导了一般各向异性系统中Bethe-Salpeter方程的Cooperon近似，揭示了在少层BP的不同阶段存在各种量子干涉效应，包括从弱局域化到反局域化的交叉.我们还预测，在半狄拉克转变点的磁导率将表现出一个非平凡的幂律依赖于磁场，而按照传统的对数场依赖的二维系统在绝缘体和狄拉克半金属相。值得注意的是，即使在强各向异性系统中，磁导率和玻尔兹曼电导率之间的比率也与方向无关。最后，我们根据系统的对称性讨论了少层BP量子修正的可调性。
2020-05-31 cond-mat.mes-hall
Signatures of dephasing by mirror-symmetry breaking in weak-antilocalization magnetoresistance across the topological transition in Pb$_{1-x}$Sn$_{x}$Se
许多导体，包括最近研究的狄拉克材料，在降低温度时表现出相干长度的饱和。这种令人惊讶的现象归因于外部噪声、残留磁性杂质或特定于非晶态固体的两能级系统。在这里，通过考虑SnTe类化合物作为一个例子，我们从理论上表明，打破镜像对称恶化贝里的相位量化，导致额外的失相弱反局域化磁阻（WAL-MR）。我们的WAL-MR的实验研究证实了这些理论预期在（111）Pb $_{1-x}$ Sn $_x$ Se薄膜与Sn含量$x$对应的拓扑晶体绝缘体和拓扑平凡相。特别是，我们发现故意打破镜像对称性的样品中的相位相干长度的缩短。我们的研究结果表明，量子输运现象的普遍性类的分类应包括，除了时间反演和自旋旋转不变性，在特定的系统中的空间对称性。
2021-06-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Evolution of Band Topology by Competing Band Overlap and Spin-Orbit Coupling: Twin Dirac Cones in Ba$_3$SnO as a Prototype
以反钙钛矿Ba $_3$ SnO为原型材料，从理论上论证了能带反转和自旋轨道耦合（SOC）之间的竞争如何导致能带拓扑的非平凡演化.一个关键的观察是，当带反转占主导地位的SOC，出现“双”狄拉克锥的能带结构。由于双狄拉克锥，该带显示出非常特殊的结构，其中一个双晶的上锥不断地转变为另一个双晶的下锥。有趣的是，带反转和SOC的相对尺寸在这一系列的反钙钛矿A $_3$ EO中通过A（Ca，Sr，Ba）和/或E（Sn，Pb）原子的取代来控制。对一个有效模型的分析表明，双狄拉克锥的出现是普遍的，这使得我们的论证成为寻找由竞争带反转和SOC引起的奇异能带结构的一个有希望的出发点.
2017-05-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Quantum Transport in Weyl Semimetal Thin Films in the Presence of Spin-Orbit Coupled Impurities
拓扑半金属在凝聚态物理中一直处于实验和理论关注的前沿。其中，最近发现的外尔半金属具有由三维狄拉克锥描述的色散，这是奇异物理学的根源，例如磁输运中的手征异常。在时间反演对称（TRS）外尔半金属膜中，限制间隙给准粒子一个质量，而TRS是通过具有偶数个质量相反的谷来保持的。该薄膜可以通过栅极电场通过拓扑相变进行调谐。在这项工作中，我们提出了一个理论研究的量子校正的拓扑半金属薄膜的导电性，这是由复杂的相互作用的手征能带结构，质量项，标量和自旋轨道散射。我们研究标量和自旋轨道散射机制在同一个立足点，表明它们有很强的定性和定量的影响电导率校正。我们发现，由于自旋结构的矩阵格林函数，在非本征自旋轨道散射线性项存在于布洛赫和动量弛豫时间，而以前的工作已经确定从二阶开始的校正。在小准粒子质量的限制下，杂质自旋-轨道耦合中的线性项导致弱反定域修正中潜在的可观察到的密度依赖性。此外，当质量项约为线性狄拉克项的30%时，系统处于量子修正为零的么正对称类，非本征自旋-轨道散射的转换使系统处于弱反定域.我们讨论了单重态和三重态Cooperon通道的弱局域化和弱反局域化机制之间的交叉，调节自旋轨道散射强度。
2017-05-22 cond-mat.mes-hall
Quantum Interference Theory of Magnetoresistance in Dirac Materials
狄拉克半金属和拓扑绝缘体的磁电阻在很宽的磁场范围内表现出非单调的特性。本文给出了Dirac材料中由于标量杂质散射势中的量子干涉而产生的无质量和有质量Dirac费米子的导磁率公式。它揭示了一个惊人的交叉，从积极到消极的磁阻，揭示弱本地化和弱反本地化之间的强竞争，在不同的化学势，有效质量和有限的温度下，在多个Cooperon模式。这些工作揭示了导带和价带的强耦合在拓扑非平凡和平凡Dirac材料中量子干涉输运中的重要作用。
2019-01-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Suppressed weak anti-localization in topological insulator - antiferromagnetic insulator (BiSb)$_2$Te$_3$ - MnF$_2$ thin film bilayers
本研究通过分子束外延生长拓扑绝缘体(BiSb)$_2$Te$_3$与反铁磁MnF$_2$的双层薄膜，发现磁邻近效应在狄拉克点打开能隙，抑制弱反局域化，并拟合模型提取了费米速度与相位相干长度。
2024-03-18 cond-mat.mes-hall
Symmetries and weak (anti)localization of Dirac fermions in HgTe quantum wells
我们进行了对称性分析的2D电子系统的HgTe/HgCdTe量子阱的情况下，当化学势是外面的差距，使大部分的量子阱进行。为了研究系统的量子输运性质，我们探讨了低能哈密顿量的对称性，这是表示为两种口味的狄拉克费米子，和物理上重要的破缺机制。这使我们能够预测新兴的对称性破缺模式，控制弱本地化和反本地化显示在横向磁场磁阻。
2012-07-17 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall
Evidence of decoupling of surface and bulk states in Dirac semimetal $Cd_{3}As_{2}$
狄拉克半金属由于其在拓扑量子计算、低能电子学应用以及微波频率范围内的单光子探测等方面的潜在应用而引起了人们极大的兴趣。本文分析了Dirac半金属$Cd_{3}As_{2}$薄片器件在低磁场（B）下的弱反定域行为。在高温下，相位相干长度$l_ϕ$首先随着温度（T）的降低而增加，并且遵循$l_ϕ\propto$ T $^{-0.4}$的幂律依赖性。低于~ 3 K时，$l_ϕ$趋于饱和至~ 180 nm的值。另一个拟合参数$α$与独立的输运通道有关，在T > 3 K时呈现对数温度依赖性，但在低于~ 3 K时也趋于饱和。饱和值约为1.45，非常接近1.5，表明存在三个独立的电子输运通道，我们将其解释为由于顶面和底面以及体相的去耦。这一结果，据我们所知，提供了第一个证据表明，表面和体状态可以成为去耦的狄拉克半金属$Cd_{3}As_{2}$中的电子输运。
2022-07-06 cond-mat.mes-hall
Gapped Dirac cones and spin texture in thin film topological insulator
拓扑绝缘体（TI）的保护表面态形成了对应于螺旋自旋极化的非简并本征态的无带隙狄拉克锥。翘曲项的存在使最简单模型的各向同性锥变形为如Bi 2Se 3和Bi 2Te 3中的雪花费米表面。在孤立表面的STM准粒子干涉（QPI）实验中发现了它们的特征。在这里，我们调查的QPI谱TI薄膜几何形状与有限的表面状态之间的隧道。这导致了由于间隙和自旋纹理的变化而导致的光谱的急剧变化，这应该在QPI图案中留下不同的签名。我们考虑了表面杂质的法向和磁交换散射，得到了玻恩近似下的散射t矩阵和一般封闭解。我们预期的系统变化的QPI雪花强度的功能，通过改变薄膜厚度和研究，特别是后向散射过程的影响。我们预测的QPI光谱的变化Bi2Se3薄膜使用所观察到的间隙依赖ARPES结果。
2020-06-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Weak localization of bulk channels in topological insulator thin film
弱反定域化（WAL）预计每当强自旋轨道耦合或散射开始发挥作用。拓扑绝缘体的体态中的自旋轨道耦合非常强，足以导致拓扑相变。然而，最近观察到的WAL在拓扑绝缘体似乎有一个模糊的起源从体态。从三维拓扑绝缘体的有效模型出发，我们发现拓扑绝缘体薄膜的最低二维体子带可以用修正的质量Dirac模型来描述.我们推导了二维体子带和表面带的磁导率公式。由于相对较大的间隙，2D体子带可能位于其中也期望幺正行为或甚至弱局域化（WL）的区域中，而不是总是WAL。因此，体态可能贡献小的磁导率，甚至补偿来自表面态的WAL。当体WL通道的数量超过表面WAL通道时，可能会出现磁导率曲线的拐点，从而提供来自体状态的弱局部化的签名。
2011-09-30 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall
Localization and universality of three-dimensional pseudospin-$s$ fermions
Indian Institute of Technology Delhi（印度理工学院德里分校）
研究三维伪自旋-s费米子的 semiclassical 传输和量子干涉，揭示其在不同伪自旋层次中的定位普遍性及对称性类别的相互作用。
2026-04-20 cond-mat.mes-hall
Indication of novel magnetoresistance mechanism in (Bi,Sb)$_2$(Te,Se)$_3$ 3D topological insulator thin films
本研究在Si(111)上外延的(Bi,Sb)$_2$(Te,Se)$_3$三维拓扑绝缘体薄膜中观测到异常高的弱反局域化幅度与非线性低场霍尔效应，提出双流体模型结合塞曼场致能隙机制加以解释，揭示了新型磁电阻机制的存在迹象。
2023-08-27 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall
Proximity band structure and spin textures on both sides of topological-insulator/ferromagnetic-metal interface and their transport probes
最近观察到的拓扑绝缘体/铁磁金属（TI/FM）异质结构中的自旋电子效应的控制由于缺乏对其界面周围的能带结构和自旋织构的理解而受到阻碍。在这里，我们结合密度泛函理论与格林函数技术，以获得光谱函数在任何平面通过原子的Bi $_2$ Se $_3$和Co或Cu层，包括界面。在广泛假设，但薄测试狄拉克锥缺口的邻近交换场，我们发现，Rashba铁磁模型描述的光谱函数的表面上的Bi $_2$硒$_3$在费米能级$E_F^0$，其中圆形和雪花状恒定的能量轮廓共存，周围的自旋锁定动量与Co接触。狄拉克锥的残余部分与金属层注入的倏逝波函数杂交，并且由于来自Co或Cu层的电荷转移，对于Bi $_2$ Se $_3$ /Co和Bi $_2$ Se $_3$ /Cu界面，将其推到$E_F^0$以下的十分之几eV，同时围绕单个圆托管扭曲的螺旋创伤自旋织构。这些特征解释了最近的观察[K. Kondou { \em等人}，Nat. Phys. { \bf 12}，1027（2016）]中描述的TI/Cu界面处的自旋-电荷转换信号对$E_F^0$的调谐的灵敏度。有趣的是，三个单层的Co相邻的Bi $_2$ Se $_3$主机光谱功能非常不同的散装金属，以及在平面自旋纹理表示的自旋-轨道邻近效应。我们预测，在垂直异质结构Cu/Bi $_2$ Se $_3$ /Co，其中垂直于其界面流动的电流通过旋转磁化从平行到正交…
2017-03-28 cond-mat.mes-hall
Generalized Nonequilibrium Quantum Transport of Spin and Pseudospins: Entanglements and Topological Phases
一般的非平衡量子输运方程推导出耦合系统的载流子，狄拉克自旋，同位旋（或谷自旋），和赝自旋，如任何一个带，层，杂质，和边界赝自旋。得到了系统中出现一种、两种或三种不同自旋的极限情况。我们发现，一个特征整数$N_{s}$决定的自旋量子输运方程的形式，无论类型的自旋或赝自旋，以及最大的纠缠熵。这些结果为研究拓扑绝缘体、整数量子霍尔效应拓扑绝缘体（QHE-TI）、量子自旋霍尔效应拓扑绝缘体（QSHE-TI）和近藤拓扑绝缘体（Kondo-TI）中零模和手征/螺旋边缘态的产生机制提供了新的视角.它也揭示了新的光在所观察到的竞争弱本地化和反本地化的自旋相关的量子输运测量。特别是，一种新的机制的本地化和离域，以及新的机制，导致超导性的双层系统的发病似乎自然出现的扭矩纠缠的自旋和pseudospins的非平衡量子输运方程。此外，一般的结果可以作为工程近似的自旋电子器件的量子输运模拟的基础，基于石墨烯和其他2-D材料，如过渡金属二硫属化物（TMD），以及基于拓扑材料表现出量子自旋霍尔效应。将形式主义扩展到自旋电子学和伪自旋电子学是简单的。
2019-03-08 cond-mat.mes-hall quant-ph
Electric-field-tunable valley Zeeman effect in bilayer graphene heterostructures: Realization of the spin-orbit valve effect
根据Gmitra和Fabian的理论预测，我们报告了在双层石墨烯（BLG）和单层WSe 2的原子尖锐异质结构中发现从拓扑平凡到拓扑非平凡的能带结构的电场诱导的转变[Phys.Rev.Lett. 119，146401（2017）]。通过对BLG电导的量子修正的详细研究，我们确定了BLG能带结构的演化是由邻近诱导的强自旋轨道相互作用（SOI）和层极化率之间的相互作用引起的。BLG中的低能量载流子经历有效的谷塞曼SOI，其在一定程度上是完全栅极可调的，其可以通过施加横向位移场来接通或关断，或者可以在价带和导带之间可控地转移。我们证明，这将导致在一个恒定的电子密度从弱本地化弱反本地化的净位移场是从一个积极的调整到一个负面的价值与随之而来的SOI诱导分裂的低能带的BLG附近的K（K '）谷，这是一个独特的签名的理论预测的自旋轨道阀效应。我们的分析表明，量子修正的强诱导SOI狄拉克材料中的德鲁德电导只能令人满意地解释的理论，占SOI诱导的BLG低能带的自旋分裂。我们的研究结果表明，在双栅二维材料的谷塞曼效应的基础上实现高度可调的设备的潜力。
2021-03-11 cond-mat.mes-hall quant-ph
