Topological Materials: Weyl Semimetals
拓扑绝缘体和拓扑半金属都是一类新型的量子材料，它们的特征是由体能带结构的拓扑结构诱导出表面态。拓扑狄拉克或外尔半金属显示线性分散的圆形节点，称为狄拉克或外尔点，作为石墨烯的三维类似物。我们回顾的基本概念，并比较这些拓扑状态的物质从材料的角度，特别侧重于外尔半金属。TaAs家族是以教学方式介绍Weyl点签名的理想材料类别，从费米弧到手性磁输运性质，然后在WTe2，MoTe2和相关化合物中寻找II型Weyl半金属。许多材料都是大族的成员，并且可以调整拓扑属性。作为一个例子，我们介绍了多功能拓扑材料，Heusler化合物，其中既可以找到拓扑绝缘体和磁性Weyl半金属。
2016-11-21 cond-mat.mtrl-sci
All Topological Bands of All Nonmagnetic Stoichiometric Materials
拓扑量子化学和基于对称性的指示剂促进了在费米能（$E_{F}$）处具有拓扑性质的材料的大规模搜索。我们报告了在无机晶体结构数据库的96，196个可处理条目中，在所有位于和远离$E_{F}$的带中的稳定和脆弱拓扑结构的公开可访问目录的完成。我们的计算代表了已知的超导材料的能带拓扑结构的完成，并使重复拓扑和超拓扑材料，其中包括菱面体铋和Bi $_2$ Mg $_3$的发现成为可能。我们发现，52.65%的所有材料是拓扑在$E_{F}$，大约$2/3$的带在所有材料表现出稳定的拓扑结构，87.99%的所有材料包含至少一个稳定或脆弱的拓扑带。
2022-06-09 cond-mat.mtrl-sci
Jacutingaite-family: a class of topological materials
Jacutingate是最近发现的巴西天然矿物，已被证明是Kane-Mele拓扑模型的第一个实验实现。在这封信中，我们揭示了一类材料$M_2NX_3$（$M$ =Ni、Pt、Pd; $N$ =Zn、Cd、Hg;以及$X$ =S、Se、Te），它们具有铜铜矿的主要特征，即，高稳定性和拓扑相。通过采用第一性原理计算，我们广泛地描述了这类的能量稳定性，同时显示了一个常见的凯恩-梅勒拓扑相。在这里，我们发现铂基材料超越了jacutingaite令人印象深刻的拓扑间隙和较低的剥离屏障，同时保持其稳定性。
2020-10-29 cond-mat.mtrl-sci
Angle-resolved photoemission of topological materials
本文综述了利用角分辨光电子能谱研究各类三维拓扑材料相的工作，重点涵盖过渡金属二硫族化合物实例及超快泵浦-探测实验进展。
2024-12-31 cond-mat.mtrl-sci
First-principles calculations of the surface states of doped and alloyed topological materials via band unfolding method
拓扑材料最显著的特点之一是具有特殊的表面态，这是由其体材料的拓扑性质决定的。角分辨光电子能谱（ARPES）是研究表面态的有力工具，它可以进一步研究拓扑相变。然而，当体系掺杂或合金化时，由于能带结构严重折叠，很难将第一原理计算的能带结构与ARPES结果进行比较。我们应用这种方法研究了非磁性和磁性掺杂的拓扑绝缘体Bi $_2$ Se $_3$和拓扑晶体绝缘体Pb $_{1-x}$ Sn $_{x}$ Te的表面态。
2022-03-03 cond-mat.mtrl-sci
Catalogue of topological phonon materials
Princeton University（普林斯顿大学）；Zhejiang University（浙江大学）；Donostia International Physics Center（圣塞巴斯蒂安国际物理中心）；Max Planck Institute for Chemical Physics of Solids（马克斯·普朗克固体化学物理研究所）；Chongqing University（重庆大学）；University of the Basque Country UPV/EHU（巴斯克国立大学）；Peking University（北京大学）；IKERBASQUE, Basque Foundation for Science（伊克尔巴斯克，巴斯克科学基金会）
本文基于拓扑量子化学方法，对超过一万种三维晶体材料的声子带结构进行拓扑分类，发现并分类了超过千种非平凡声子材料，构建了拓扑声子数据库。
2022-11-21 cond-mat.mtrl-sci
Electronic properties of SnTe-class topological crystalline insulator materials
近年来拓扑绝缘体的兴起，无论是在凝聚态物理的概念认知上，还是在电子器件的革命性发展上，都有了新的突破。它还刺激了对更多拓扑状态的物质的探索。拓扑晶体绝缘体是一种新的拓扑相，它将电子拓扑和晶体对称性结合在一起。本文综述了SnTe类拓扑晶体绝缘体材料的研究进展。从体拓扑、表面态计算和实验观察等方面的拓扑识别出发，介绍了拓扑晶体绝缘体在各种扰动（包括本征缺陷、化学掺杂、应变和厚度依赖的限制效应）下的电子性质，并讨论了它们独特的量子输运性质.例如狄拉克费米子的谷选择性过滤和螺旋度分辨功能。SnTe类材料具有丰富的性质和高的可调谐性，使其成为新型量子器件的候选材料。
2016-07-16 cond-mat.mtrl-sci
Topological quantum materials from the viewpoint of chemistry
拓扑学是一个数学概念，近年来已成为一个热门的、真正跨学科的话题，它涵盖了凝聚态物理、固态化学和材料科学。由于实空间（即原子、价电子、键和轨道）与倒易空间（即能带和费米面）之间通过对称性和拓扑学存在直接联系，因此可以在单粒子图像中对拓扑材料进行分类。目前，大多数材料被分类为平凡绝缘体、半金属和金属，或拓扑绝缘体、狄拉克和外尔线半金属和拓扑金属。拓扑结构的关键成分是：一定的对称性，导致导带和价带反转的外层电子的惰性对效应，以及自旋轨道耦合。这篇综述从固态化学家的角度介绍了与固体相关的拓扑概念，总结了生长单晶的技术，并描述了基本的物理性质测量技术，以表征拓扑材料的结构之外，并提供了这样的材料的例子。最后，对拓扑学在化学其他领域的影响进行了简要的展望。
2021-03-22 cond-mat.mtrl-sci
Angle-resolved photoemission spectroscopy and its application to topological materials
角分辨光电子能谱（ARPES）是一种基于光电效应的实验技术，可以说是探测固体电子结构的最有力的方法。在过去的十年中，ARPES取得了显著的进展，包括软X射线ARPES、时间分辨ARPES、自旋分辨ARPES和空间分辨ARPES的快速发展，以及能量和动量分辨率的显著提高。因此，ARPES已成为拓扑材料研究中不可或缺的实验探针，这些拓扑材料具有可以通过ARPES直接检测的特征非平凡体和表面电子结构。在过去的几年里，ARPES在拓扑材料的几个里程碑式的发现中发挥了至关重要的作用，包括拓扑绝缘体和拓扑狄拉克和外尔半金属的鉴定。在这篇技术评论中，我们评估了不同ARPES技术的最新发展，并说明了这些技术在拓扑材料研究中的应用能力。
2021-06-17 cond-mat.mtrl-sci
Elemental Frequency-Based Supervised Classification Approach for the Search of Novel Topological Materials
本文提出基于元素频率的统计描述符，仅利用化学式即可预测材料拓扑性质，在3910种材料上SVM和RF模型分别取得82%和83%准确率，并通过第一性原理验证了预测材料中的Dirac、Weyl和节线半金属相。
2025-09-20 cond-mat.mtrl-sci
First principles investigation of topological phase in XMR material TmSb under hydrostatic pressure
在这篇文章中，我们报告的拓扑相出现在XMR材料TmSb在静水压力下使用第一性原理计算。我们发现TmSb，一个拓扑平凡的半金属，在12 GPa的静水压力下，在X点发生了带反转的拓扑相变，而没有破坏任何对称性。在15 GPa时，它在$Γ$和X点处的能带反转再次变得拓扑平凡。在25.5 GPa下，拓扑相变所对应的压力远低于结构相变所对应的压力。拓扑量子相在静水压力下的重入行为有助于通过实验找到拓扑与XMR效应之间的相关性。
2019-05-01 cond-mat.mtrl-sci
Interacting Virtual Topological Phases in Defect-Rich 2D Materials
该研究探究虚拟拓扑态对电子相互作用和能带填充的鲁棒性，以TMDs空位诱导拓扑相为案例建立相关关联，明确电子相互作用对拓扑相的破坏作用及单粒子近似的有效性，结论可推广至多类材料。
2025-05-08 cond-mat.mtrl-sci
Magnetic band representations, Fu-Kane-like symmetry indicators and magnetic topological materials
为了实现新的拓扑相，并在低能耗自旋电子学中寻求潜在的应用，磁性拓扑材料的研究具有很大的兴趣。从拓扑量子化学理论出发[Bradlyn et al.，Nature 547，298（2017）]，我们已经获得了动量空间中的不可约（co）表示和相容关系（CR），并且我们构建了其他具有反酉对称性的MSG（即III型和IV型MSG）在实空间中的完整能带（co）表示（MBR）列表。结果与磁拓扑量子化学[Elcoro等人，12，5965（2021）]。使用的CR和MBR，我们重现的MSGs的基于Hackey的分类，我们得到了一组傅凯恩式公式的对称性指标（SI）在无自旋（玻色子）和自旋（费米子）系统，这是实现在一个自动代码- TopMat -诊断拓扑磁性材料。磁性拓扑材料的占据态不能分解为磁共振的和，因此它们与非零SI是一致的。最后，利用我们的在线代码，我们对材料数据库中的磁性化合物进行了自旋极化计算，发现了许多磁性拓扑候选者。
2022-08-02 cond-mat.mtrl-sci
Bias-tunable two-dimensional magnetic and topological materials
寻找新型二维材料对于下一代电子学、光电子学、电化学和生物医学等技术的发展至关重要。在这项工作中，我们设计了一系列基于内嵌富勒烯的二维材料，并揭示了它们中的许多在单个系统中集成了不同的功能，例如具有大电偶极矩的铁电性，具有强磁各向异性和高居里温度的多个磁相，具有鲁棒拓扑保护边缘态的量子自旋霍尔效应或量子反常霍尔效应。并进一步提出了一种新型拓扑场效应晶体管。这些发现提供了一种策略，使用富勒烯作为构建块的新型二维材料的合成，可以很容易地控制与局部电场。
2021-06-25 cond-mat.mtrl-sci
High-throughput Discovery of Topologically Non-trivial Materials using Spin-orbit Spillage
提出了一种基于自旋轨道耦合（SOC）效应引起的能带反转来识别拓扑非平凡材料的新方法。具体来说，我们比较了密度泛函理论（DFT）为基础的波函数与无自旋轨道耦合和计算的自旋轨道溢出作为带反转的措施。由于其易于计算，不需要任何对称性分析或密集k点插值，溢出是一个很好的工具，用于识别拓扑非平凡材料。在JARVIS-DFT数据库中的30000种材料中，我们将这种方法应用于超过4835种由重原子和低带隙组成的非磁性材料。我们发现了1868种具有高溢出率的候选材料（使用0.5作为阈值）。我们通过对289种候选材料进行常规的Wannier插值计算来验证我们的方法。我们证明，除了Z2拓扑绝缘体，这种筛选方法成功地确定了许多半金属和拓扑晶体绝缘体。重要的是，我们的方法适用于无序或扭曲以及磁性材料的调查，因为它不是基于对称性的考虑。我们讨论了一些单独的示例材料，以及整个数据集的趋势，这些数据集可在网站上获得：https://www.ctcms.nist.gov/~knc6/JVASP.html和https://jarvis.nist.gov/。
2019-06-03 cond-mat.mtrl-sci
Computational Search for Magnetic and Non-magnetic 2D Topological Materials using Unified Spin-orbit Spillage Screening
二维拓扑材料（TM）具有多种性质，使其在自旋电子学和量子计算等应用中具有吸引力。然而，只有少数这样的实验已知的材料。为了帮助发现新的二维TM，我们开发了一个统一的和计算成本低廉的方法来识别磁性和非磁性的二维TM，包括间隙和半金属拓扑分类，在高通量的方式使用密度泛函理论为基础的自旋轨道溢出，Wannier插值，和相关技术。我们首先计算JARVIS-DFT数据集（https：//www.example.com）中约1000种2D材料的自旋轨道溢出，得到122种具有高溢出值的材料。然后，我们使用Wannier插值进行Z2，陈数，反常霍尔电导率，居里温度和边缘态的计算，以进一步支持的预测。我们确定了各种拓扑非平凡类，如量子自旋霍尔绝缘体（QSHI），量子自旋霍尔绝缘体（QAHI），和半金属。对于一些预测的材料，我们运行G0W0 + SOC和DFT + U计算。我们发现，当我们引入多体效应时，只有少数材料保留了非平凡的能带拓扑结构，这表明了高层次DFT方法在预测2D拓扑材料中的重要性。然而，作为第一步，自动溢出筛选和Wannier方法为寻找新的拓扑材料提供了有用的预测，并缩小了实验合成和表征的候选人。
2020-02-11 cond-mat.mtrl-sci
Machine learning for materials discovery: two-dimensional topological insulators
材料发现的主要目标和挑战之一是为每个感兴趣的属性或应用找到最佳候选者。机器学习在这种背景下兴起，以有效地优化这种搜索，探索巨大的材料空间，同时包括原子，成分和结构空间。拓扑绝缘体是一类具有良好应用前景的金属边缘态材料。然而，此外，发展受到缺乏可行候选人的限制。在这里，我们提出并讨论了机器学习加速策略，用于搜索二维拓扑材料的材料空间。我们展示了对每个机器学习组件进行详细调查的重要性，从而得出不同的结果。使用最近创建的包含数千个二维材料从头计算的数据库，我们训练能够确定材料电子拓扑结构的机器学习模型，准确率超过90%。然后，我们可以生成和筛选数千种新材料，有效地预测它们的拓扑特征，而不需要先验结构知识。我们发现了56个非平凡的材料，其中17个新的绝缘候选人进一步调查，我们证实了他们的拓扑性质与密度泛函理论计算。该策略比试错法的效率高10 $\times$，同时快几个数量级，并且是用于指导改进的材料发现搜索策略的概念证明。
2021-07-14 cond-mat.mtrl-sci
Aperiodic topological order in the domain configurations of functional materials
在许多功能材料中，例如钢、铁电体和磁体，新的功能可以通过设计畴结构来实现，畴结构与材料内某些参数的排序相关联。原子尺度空间分辨率成像技术的最新进展改变了我们对畴拓扑结构的理解，揭示了除了简单的条纹状或不规则形状的畴外，还存在有趣的涡旋型拓扑畴结构。在这篇综述中，我们提出了一个新的分类方案的“ZmxZn域与Zl涡”的二维宏观域结构与m方向的变体和n平移反相。这种分类，连同拓扑保护和拓扑电荷守恒的概念，可以应用于广泛的材料，如多铁性，不适当的铁电体，层状过渡金属二硫属化物和磁性超导体，我们讨论通过选定的例子。由此产生的拓扑考虑提供了一个新的基础的理解功能材料中的域和域边界的形成，动力学，操作和性能优化。
2017-03-08 cond-mat.mtrl-sci
Topological semimetallic phase in PbO$_2$ promoted by temperature
表现出拓扑有序的材料具有奇异的现象，这些现象可以为从低功耗电子学到量子计算机等领域的新发展奠定基础。在过去的十年里，人们见证了拓扑材料的多个实验实现和数千个预测。然而，人们已经确定，增加温度破坏拓扑秩序，限制许多拓扑材料非常低的温度，从而阻碍实际应用。在这里，我们提出了一个物质实现的温度促进拓扑秩序。我们发现，已被广泛用于铅酸电池，$β$ -PbO $_2$，主机的拓扑半金属相驱动的热膨胀和电子-声子耦合温度升高时。我们确定之间的相互作用的准二维性质的价带的电荷分布的三维性质的导带的电荷分布的微观机制驱动这种非常规的温度依赖性。因此，我们提出了一个一般原则，寻找和设计新的拓扑材料，其拓扑秩序是通过增加温度稳定。这为拓扑材料从实验室到技术设备提供了清晰的路线图。
2019-09-20 cond-mat.mtrl-sci
New magnetic topological materials from high-throughput search
本文通过对MAGNDATA中522个新磁性结构进行高通量第一性原理计算，预测出250种拓扑非平凡材料，并展示了五种具有不同拓扑相的代表性材料。
2024-08-29 cond-mat.mtrl-sci
High-throughput search for magnetic topological materials using spin-orbit spillage, machine-learning and experiments
磁性拓扑绝缘体和半金属具有多种特性，使它们对包括自旋电子学和量子计算在内的应用具有吸引力，但已知的高质量候选材料很少。在这项工作中，我们使用系统的高通量密度泛函理论计算，以确定磁性拓扑材料从40000三维材料在JARVIS-DFT数据库（https：//jarvis.nist.gov/jarvisdft）。首先，我们筛选出净磁矩> 0.5 μB和自旋轨道溢出> 0.25的材料，得到25种绝缘和564种金属候选物。溢出作为一个签名的自旋轨道诱导带反转。然后，我们进行计算的Wannier电荷中心，陈数，异常霍尔电导率，表面能带结构，费米面，以确定有趣的拓扑结构特征的筛选化合物。我们还训练机器学习模型，用于预测新化合物的溢出、带隙和磁矩，以进一步加快筛选过程。我们实验合成和表征一些候选材料，以支持我们的理论预测。
2021-02-05 cond-mat.mtrl-sci
Tunable ferroelectric topological defects on 2D topological surfaces: strain engineering skyrmion-like polar structures in 2D materials
该研究通过多尺度计算模拟在二维PbX材料中利用应变工程实现可调谐铁电极性拓扑缺陷，预测了涡旋、反涡旋和通量闭合等多种极性结构，为下一代纳米电子与传感器件提供新途径。
2022-04-12 cond-mat.mtrl-sci
Recent advancements in the study of intrinsic magnetic topological insulators and magnetic Weyl semimetals
拓扑绝缘体和拓扑半金属的研究一直处于凝聚态物理和材料科学的前沿。这两类材料的特征在于由本体能带结构的拓扑结构产生的稳健的表面状态，并表现出奇异的输运性质。当磁性存在于拓扑材料中并打破时间反演对称性时，可以产生更多奇异的量子现象，如量子反常霍尔效应、轴子绝缘体、大本征反常霍尔效应等。本文简要综述了磁性拓扑材料，包括内禀磁性拓扑绝缘体和磁性Weyl半金属的最新研究进展。
2020-08-25 cond-mat.mtrl-sci
Large Negative Magnetoresistance in off-Stochiometric Topological Material PrSbTe
本文研究了PrSbxTe2-x中组成对结构和磁输运性质的影响，发现四方到正交的结构转变及x=0.3时的大负磁电阻，表明该体系在拓扑器件应用中具有潜力。
2025-02-06 cond-mat.mtrl-sci
Topological quantum materials: kagome, chiral, and square-net frameworks
Max Planck Institute for Chemical Physics of Solids（马克斯·普朗克固体化学物理研究所）
本文综述了kagome、手性和square-net框架中拓扑量子材料的几何、对称性、自旋轨道耦合和电子关联的作用，探讨了其独特的电子能带结构、拓扑保护态及物理性质，并总结了当前挑战与未来方向。
2025-07-16 cond-mat.mtrl-sci
A Physics-Informed Chemical Rule for Topological Materials Discovery
Anhui University（安徽大学）
本文提出一种结合组成、轨道和晶体学描述的物理启发化学规则，通过线性框架有效区分相同化学式但不同晶体结构的材料，提升拓扑材料发现的效率与准确性。
2026-04-07 cond-mat.mtrl-sci
Spin-Orbit Driven Topological Phases in Kagome Materials
Institute of Theoretical Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院理论物理研究所）；University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）
研究通过调控自旋轨道耦合强度实现Kagome材料中的拓扑相变，揭示其拓扑表面态演变机制，验证了自旋轨道耦合对拓扑相的控制作用。
2026-03-15 cond-mat.mtrl-sci
Topological descriptor of thermal conductivity in amorphous materials
非晶态材料复杂结构与其物理性能之间的定量关系一直是材料科学中的一个难题。在非晶Si（一种典型的共价非晶态固体）中，中程有序（MRO）的存在已被广泛讨论。然而，对应于MRO的特定原子排列及其与物理性质（如热导率）的关系仍然难以捉摸。在这里，我们通过结合拓扑数据分析、机器学习和分子动力学模拟来解决这个问题。利用持续同调理论，我们构造了一个可以预测导热系数的拓扑描述子。此外，从描述符的逆分析，我们确定了典型的环的功能，相关的热导率和MRO。研究结果为通过纳米结构的拓扑结构控制材料特性提供了一条途径。
2022-03-29 cond-mat.mtrl-sci
Selective Control of Surface Spin Current in Topological Materials based on Pyrite-type OsX2 (X = Se, Te) Crystals
拓扑材料拥有强大的表面状态，这可能成为未来电子器件的基础。由于这种状态的自旋被锁定在动量上，因此它们对自旋电子学应用特别感兴趣。因此，如果要在未来的技术中利用自旋纹理，了解拓扑非平凡材料表面态的自旋纹理，并能够操纵它们的极化，是必不可少的。在这里，我们使用第一性原理计算表明，黄铁矿型晶体OsX 2（X= Se，Te）是一类拓扑材料，可以主机表面态的自旋极化，可以是在平面内或面外。我们表明，形成的低能态的能量和方向相关的自旋纹理的（001）表面上的这些材料是从一个拓扑平凡的非平凡的状态，诱导自旋轨道相互作用的转换的结果。这些表面态的非常规自旋纹理具有在局部对称性保护的动量空间中的面内到面外自旋极化转变。此外，表面自旋方向和幅度可以在特定的能量范围内选择性地过滤。我们演示了一类新的拓扑材料与可控的自旋纹理提供了一个平台，为实验人员检测和利用非常规的表面自旋纹理在未来的自旋为基础的纳米电子器件。
2019-09-04 cond-mat.mtrl-sci
Three-dimensional topological insulators: A review on host materials
近年来，三维拓扑绝缘体（3DTI）作为量子物质的一种新态，已成为凝聚态物理和材料科学领域的研究热点。为了实现3DTI中预测的许多非常新颖的量子现象，真实的主体材料至关重要。本文首先介绍了基于密度泛函理论寻找新的3DTI的一般方法。然后，我们综述了近年来实现三维显示的材料，包括简单元素、二元化合物、三元化合物和四元化合物。在这些潜在的主体材料中，有些已经被实验证实，有些还没有。这里讨论的3DTI不包含具有强电子-电子相关的材料。最后，对全文进行了总结，并对进一步的研究进行了展望.
2012-12-04 cond-mat.mtrl-sci
Circular Dichroism and Radial Hall Effects in Topological Materials
在对称性破缺下，三维线对称半金属可以转变为拓扑绝缘体或Weyl半金属，并伴随着动量空间Berry曲率的产生。我们开发了一个理论，统一了他们的圆二色性，并突出了贝里曲率分布和光入射方向的作用。非平凡的，这些阶段表现出明显的二向色性光学吸收和径向霍尔效应，与特征缩放与光子能量和电场。我们的研究结果提供了一个新的诊断工具，检查拓扑相位的问题。
2017-06-04 cond-mat.mtrl-sci
Analysis of Topological Transitions in Two-dimensional Materials by Compressed Sensing
量子自旋霍尔绝缘体（QSHI），即，近年来，具有受保护能带反转的二维拓扑绝缘体（TI）吸引了相当大的科学兴趣。在这项工作中，我们已经计算了220个功能化蜂窝晶格的拓扑Z2不变量，这些功能化蜂窝晶格与功能化石墨烯是等电子的。除了确认TI字符的知名材料，如官能化锡烯，我们的研究确定了45个尚未报告的QSHIs。我们应用压缩传感方法来识别Z2不变量的物理上有意义的描述符，该描述符仅取决于材料的组成原子的性质。这使我们能够绘制一张材料图，其中金属，平凡的绝缘体和QSHI形成不同的区域。这种分析产生了基本的见解的机制驱动拓扑结构的转变。所识别的模型的可转移性被明确地证明为具有不同功能化的另外一组蜂窝晶格，其不是用于识别描述符的220种石墨烯型材料的原始组的一部分。在这门课上，我们预测了74种尚未在文献中报道的新的QSHIs。
2018-05-28 cond-mat.mtrl-sci
Ultra-high mechanical stretchability and controllable topological phase transitions in two-dimensional arsenic
机械拉伸性是材料在断裂之前所能承受的应变的大小。具有高机械拉伸性的材料，其可以可逆地承受极端的机械变形并覆盖任意表面和可移动部件，用于可拉伸显示设备、宽带光子调谐和无像差光学成像。应变可以用来控制材料的能带结构，甚至可以用来诱导拓扑相变，将正常绝缘体驱动到具有非零陈数或Z2数的拓扑非平凡材料。在这里，我们提出了一种新的具有超高机械拉伸性的二维拓扑材料-沟槽状二维砷。这种新型各向异性材料具有大的泊松比1.049，这是大于任何其他已报道的无机材料，并具有超高的拉伸率44%沿扶手椅方向，这是前所未有的无机材料，据我们所知。这种材料的最小弯曲半径可以低至0.66 nm，这与碳纳米管的半径相当。这种机械性能使这种新材料成为可拉伸的半导体，可用于构建柔性显示设备和可拉伸传感器。轴向应变会对系统的能带结构产生显著的影响，适当的Z字形方向的应变会将二维砷驱动到拓扑绝缘体中，拓扑边缘态可以承载无耗散的自旋电流和自旋转移力矩，这在耗散晶体管、互连沟道和自旋阀器件等自旋电子学器件中是有用的。
2015-01-18 cond-mat.mtrl-sci
The role of delocalized chemical bonding in square-net-based topological semimetals
预测反应或材料性质的原理定义了化学学科。在这项工作中，我们推导出化学规则，基于原子距离和化学键的字符，它预测拓扑材料的化合物，具有结构基序的方网。使用这些规则，我们确定了300多个潜在的新的拓扑材料。我们表明，简单的化学拓扑学可以是一个强大的工具来表征拓扑物质。与以前的数据库驱动的材料分类相比，我们的方法允许我们识别具有统计空缺的合金，固溶体或化合物的候选物。虽然以前的材料搜索依赖于密度泛函理论，但我们的方法不受此方法的限制，也可用于发现磁性和磁性无序拓扑半金属。
2020-02-11 cond-mat.mtrl-sci
AFM and Raman studies of topological insulator materials subject to argon plasma etching
等离子体刻蚀是纳米器件制造中的重要工具。本文报道了利用氩等离子体刻蚀技术对拓扑绝缘体材料Bi_2Se_3、Bi_2 Te_3、Sb_2 Te_3和Bi_2 Te_2Se进行刻蚀的研究。我们目前的数据主要来自原子力显微镜（AFM）和拉曼光谱。通过AFM测量，观察到等离子体暴露降低了我们的样品的厚度并增加了表面粗糙度（高度波动高达~20 nm）。我们提取每种材料的蚀刻速率。等离子体暴露还导致特征拉曼峰的加宽（特别是Eg 2），而峰位置没有显著变化。观察到的整体拉曼强度最初增加，然后急剧下降后，样品被蚀刻低于约20 nm的厚度。我们的研究结果对于了解氩等离子体刻蚀对拓扑绝缘体材料的影响具有重要意义。
2012-09-19 cond-mat.mtrl-sci
Weyl, Dirac and high-fold chiral fermions in topological quantum materials
承载外尔费米子的量子材料开启了凝聚态物理研究的新纪元。魏尔费米子于1929年在粒子物理学中首次提出，但至今尚未被观测到是基本粒子。2015年，外尔费米子被发现是强自旋轨道耦合材料砷化钽（TaAs）中的集体电子激发。这一发现之后，对材料中的外尔现象进行了一系列的实验和理论探索。外尔材料自然有助于探索与外尔费米子及其发散的Berry曲率场相关的拓扑指数，以及拓扑体边界对应关系，从而产生受保护的导电表面态。在这里，我们回顾了更广泛的类的外尔拓扑现象的材料，从观察到的涌现外尔费米子在散装和费米弧状态的表面上的TaAs家族的晶体的光电子能谱。然后，我们讨论了在这些材料中观察到的一些奇异的光和磁响应，以及在开发一些相关的手性材料的进展。我们讨论的概念发展的高倍手征费米子，推广外尔费米子，我们回顾了高倍手征费米子相的观察，以硅化铑，RhSi，家庭的晶体作为一个主要的例子。最后，我们讨论了最近的进展外尔线相在磁性拓扑材料。通过这篇综述，我们的目标是介绍凝聚态物质中Weyl物理的基本概念，以及光谱研究所揭示的代表性材料及其电子结构和拓扑结构。我们希望这项工作可以作为指导未来的理论和实验探索的手征费米子和相关的拓扑量子系统具有潜在的增强功能。
2021-03-02 cond-mat.mtrl-sci
Exploring strong and weak topological states on isostructural substitutions in TlBiSe2
拓扑绝缘体（TI）是一类独特的材料，其绝缘体具有线性分散的表面态，这些表面态受时间约束对称性（TRS）的保护。这些状态导致无耗散电流，这使得这类材料在自旋电子学应用中非常有前途。在这里，我们通过高通量筛选预测新的TI，采用最先进的第一原理为基础的方法，即，密度泛函理论（DFT）和多体微扰理论（G0W 0）结合自旋轨道耦合（SOC）。为此，我们采取了一个众所周知的三维TI，TlBiSe 2，并在不同的网站进行完全取代与合适的材料，以检查所获得的同构材料是否表现出拓扑特性。随后，我们扫描这些材料的基础上SOC诱导的宇称反转在时间相关不变矩（TRIM）。随后，为了确认所选材料的拓扑性质，我们绘制了它们的表面状态以及Z2不变量的计算。结果表明，GaBiSe 2是一种强拓扑绝缘体（STI）.此外，我们还报道了六种弱拓扑绝缘体，即PbBiSe_2，SnBiSe_2，SbBiSe_2，Bi_2Se_2，TlSnSe_2和PbSbSe_2。我们进一步验证了所有报道的TI都是动态稳定的，显示了所有真实的声子振动模式。
2022-05-18 cond-mat.mtrl-sci
Relaxation-driven topological domains in moiré materials
University of Rochester（罗切斯特大学）；Rutgers University（罗格斯大学）
通过结构弛豫在扭曲双层BiSb中形成可调谐的拓扑畴，并实现边缘态的电控重构。
2026-05-26 cond-mat.mtrl-sci
First principle calculation of the effective Zeeman's couplings in topological materials
本文提出了基于第二微扰理论的有效塞曼耦合的第一性原理计算方法，并将其应用于几种拓扑材料。对于Bi和Bi $_2$ Se $_3$，我们的计算结果与实验数据符合得很好;对于Na $_3$ Bi，TaN和ZrTe $_5$，我们讨论了多带塞曼耦合的结构.特别地，我们详细讨论了塞曼耦合对Na $_3$ Bi中费米面拓扑结构的影响。
2019-10-09 cond-mat.mtrl-sci
Topological Bonding and Electronic properties of Cd$_{43}$Te$_{28}$ semiconductor material with microporous structure
基于密度泛函理论，本文利用结合能与键电荷模型研究Cd43Te28微孔半导体的电子性质，提出通过原子坐标与波相位描述拓扑化学键的方法，为精确分析微孔半导体材料性质提供创新技术。
2023-04-04 cond-mat.mtrl-sci
Hybridizing anomalous Nernst effect in artificially tilted multilayer based on magnetic topological material
本文将磁性拓扑材料Co₂MnGa集成到人工倾斜多层膜中，通过反常能斯特效应与非对角塞贝克效应的杂化协同显著提升横向热电性能，为磁性材料热电应用开辟新路径。
2024-10-09 cond-mat.mtrl-sci
Topological, non topological and instanton droplets driven by spin-transfer torque in materials with perpendicular magnetic anisotropy and Dzyaloshinskii-Moriya Interaction
界面的Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用可以修改由局部自旋极化电流激发的液滴的拓扑结构。在这里，我们表明，除了与skyrmion数为1（拓扑）或零（非拓扑）的静止液滴激发，存在，对于一个固定的电流，一个非平稳的时间行为的激发模式。我们称这种模式为“瞬子液滴”，其特征在于Skyrmion数的时域跃迁。这些跃迁耦合到非相干自旋波的发射，可以在频域中观察到作为噪声源。我们的研究结果是有趣的，从一个基本的角度来看，研究自旋波发射由于在电流驱动系统的拓扑结构的转变，并可能打开路线的实验基础上的磁阻效应的设计下一代的纳米微波振荡器。
2015-09-04 cond-mat.mtrl-sci
Topological States in Chevrel Phase Materials from First-principle Calculations
Chevrel相材料形成具有一般化学式$A_x{\rm Mo}_6X_8$（$A$ =金属元素，$X$ =硫属元素）的三元钼硫属化物族。由于$A$原子的多样性，使得$A$家族成员众多，并导致了许多可调的物理性质，如超导电性、热电性和离子导电性。在这项工作中，我们进一步发现了各种非平凡的能带拓扑状态，在这些材料中使用第一性原理计算。具有时间反演对称性的化合物，如${\rm BaMo}_6{\rm S}_8$、${\rm SrMo}_6{\rm S}_8$和${\rm Mo}_6{\rm S}_8$，在$R\bar{3}$和$P\bar{1}$相中都是拓扑绝缘体，而在铁磁状态下的${\rm EuMo}_6{\rm S}_8$在$R\bar{3}$相中是轴子绝缘体，在$P\bar{1}$相中是平凡的轴子绝缘体。这表明$A$离子的变化可以改变化学势、晶格畸变和磁序，这提供了影响拓扑状态和其他性质的独特方式。我们希望这项工作能够刺激对Chevrel相材料的进一步研究，以发现更多有趣的现象，例如拓扑超导态和Majorana模式。
2022-07-30 cond-mat.mtrl-sci
Linear Response in Topological Materials
拓扑绝缘体和半金属的发现为人们理解材料开辟了新的视角。拓扑材料由于特殊的能带结构和增大的Berry曲率，使得线性响应得到了很大的增强。拓扑能带结构和对称性的相互作用对于设计具有强的和奇异的新电磁响应的新材料起着至关重要的作用，并且为下一代技术应用提供了有前途的机制和新材料。我们从对称性的角度回顾了拓扑材料中线性响应的基本概念，并讨论了它们的潜在应用。
2020-05-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
New quantum phases of matter: Topological Materials
在这篇文章中，我们提供了一个新的拓扑材料的基本概念的概述。这类新材料是通过结合外尔/狄拉克费米子电子态和磁性而开发的，它提供了一个材料科学平台来测试拓扑物理定律的预测。由于它们的无耗散传输，这些材料在量子计算和自旋电子学设备的技术应用中具有很高的前景。
2020-03-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Topological carbon materials: a new perspective
碳具有许多一维（1D）、二维（2D）和三维（3D）同素异形结构。碳材料的研究一直是材料科学和凝聚态物理的一个主要热点。以前的研究已经确定了不同类别的拓扑半金属碳同素异形体具有不同的拓扑相。本文首先对碳同素异形体从一维到三维的发展进行了简要的综述。接下来，我们讨论了碳材料的拓扑性质及其物理起源。然后，我们考虑碳材料的拓扑研究可能扩展到其他轻元素材料，如硼。最后，展望了碳同素异形体拓扑物理研究的前景。
2019-08-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Boosting the discovery of 3D topological materials: mixing chemistry with physics via a two-step computational screening strategy
晶体固体中的拓扑材料，包括拓扑绝缘体（TI）、拓扑晶体绝缘体（TCI）、拓扑Dirac半金属（DSM）、拓扑Weyl半金属（WSM）、拓扑Dirac或Weyl节线半金属（NLSM）等，主要具有拓扑的、受保护的非平凡表面态，其体相是适当存在Dirac锥的绝缘体或半金属，费米能级周围的外尔节点或狄拉克节点线。作者提出了一种将化学与物理相结合的两步计算筛选三维拓扑材料的策略，并考虑了完全填充能带和能带反转。
2017-05-04 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Topological Materials Discovery from Crystal Symmetry
拓扑材料的发现在过去的15年中以快速的速度发展，在第一个拓扑拓扑绝缘体（TI），拓扑晶体绝缘体（TCI）和3D拓扑半金属（TSM）的识别之后。最近，通过完整的分析，允许的能带结构-包括拓扑量子化学（TQC）的理论-研究人员已经确定了晶体对称性增强威尔逊环和完整的基于拓扑相的指标，导致发现更高阶的TCI和TSM。TQC和相关方法在高通量材料发现中的最新应用已经揭示，超过一半的已知化学计量的、固态的、异质结材料在费米能级上是拓扑的，超过85%的已知化学计量的材料具有能量隔离的拓扑带，并且在已知材料中的能量隔离带中的略低于$2/3$的具有TI或TCI的稳定拓扑。在这篇评论中，我们调查拓扑电子材料发现在结晶固体从第一个2D和3D TI的预测最近推出的方法，促进了大规模的搜索拓扑材料。我们还讨论了未来的场地，为识别和操纵的固态拓扑相，包括电荷密度波化合物，磁性材料，和二维少层设备。
2021-11-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Topological Crystalline Insulators and Topological Superconductors: From Concepts to Materials
本文综述了拓扑绝缘体以外的拓扑材料的最新研究进展，特别是拓扑晶体绝缘体和体相拓扑超导体。阐述了这些新拓扑材料的基本概念、模型哈密顿量和新颖的电子性质。的关键作用的对称性，其拓扑性质的基础上阐明。讨论了它们在材料实现中的关键问题。
2015-01-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
High-throughput calculations of magnetic topological materials
本征磁性拓扑材料的发现，包括具有大的反常霍尔效应的半金属和轴子绝缘体，指导了固态材料的基础研究。拓扑量子化学使得人们能够理解和寻找顺磁性拓扑材料。利用磁性拓扑量子化学（MTQC）中得到的磁性拓扑指数，基于第一性原理计算，对磁性拓扑材料进行了高通量的研究.作为我们的出发点，我们使用的磁性材料数据库的毕尔巴鄂晶体服务器，其中包含超过549个磁性化合物的磁结构推导出中子散射实验，并确定130个强制半金属（其中的带交叉是由对称特征值暗示），和拓扑绝缘体。对于每个化合物，我们进行完整的电子结构计算，其中包括完整的拓扑相图使用不同的值的哈伯德势。使用自定义代码来查找所有磁空间组中所有带的磁共表示，我们生成要馈送到MTQC算法中的数据，以确定每个磁性材料的拓扑结构。其中一些材料显示出以前未知的拓扑相，包括磁半金属，三维异常霍尔绝缘体和高阶磁半金属。我们分析拓扑趋势的材料在不同的相互作用下：60%的130拓扑材料的拓扑结构敏感的相互作用，和其他人有稳定的拓扑结构在不同的相互作用。我们为未来的实验研究提供了材料数据库，并为诊断磁性材料的拓扑结构提供了开源代码。
2020-11-09 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Criteria for realizing room temperature electrical transport applications of topological materials
拓扑材料中发现的不寻常的电子状态可以实现新一代的器件和技术，但长期以来的挑战是找到没有有害的平行体导电的材料。这可能是由缺陷或热激活载体引起的。在这里，我澄清的标准，材料需要满足实现由拓扑状态，拓扑设备的必要性为主的输运性质。这是证明了三维拓扑绝缘体，三维狄拉克材料，和一维量子反常霍尔绝缘体，虽然这可以适用于类似的系统。关键参数是电子带隙、介电常数和载流子有效质量，它们决定了在什么情况下（缺陷密度、温度等）不需要的体状态将与拓扑状态并行地传导。由于这些基本上是由基本的原子性质决定的，因此可以使用简单的化学参数来导航相空间，以最终找到改进的材料。这将能够快速识别具有改进性能的新系统，这对于设计新材料系统和推动新一代拓扑技术至关重要。
2020-11-04 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Two-dimensional topological materials discovery by symmetry-indicator method
二维（2D）拓扑材料（TM）由于具有非耗散电流或自旋电流的革命性器件的前景而引起了极大的关注。不幸的是，2D TM的稀缺性阻碍了这种设备的实验实现。在这项工作中，基于我们最近开发的，高效的TM发现算法使用对称指标，我们探索可能的2D TM在所有非磁性化合物在最近提出的材料数据库中可能的2D材料。我们确定了数百个二维TM候选人，包括205拓扑（晶体）绝缘体和299拓扑半金属。特别是，我们强调MoS，与镜像陈数为-4，作为一个可能的实验平台，用于研究相互作用引起的修改材料的拓扑分类。我们的研究结果筛选出拓扑有趣的二维材料从这些数据库，并提供了TM基因库，为进一步的实验研究。
2019-06-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ubiquitous topological states of phonons in solids: Silicon as a model material
声子拓扑物理的研究引起了人们的极大兴趣，但需要适当的模型材料。我们的{ \it ab initio}计算确定硅作为一个理想的候选材料含有非常丰富的拓扑声子态。在硅中，我们确定各种拓扑节线保护的滑动镜或镜对称性和特征在于量化的Berry相$π$，这使得鼓面表面状态观察到的任何表面取向。值得注意的是，发现了一种新型的拓扑连结声子，其特征在于具有双费米弧状表面态，并且与Weyl声子不同，它既不需要反转也不需要时间反演对称性破缺。从联结声子可以产生多种拓扑态，如通过应变产生的霍普夫节链。此外，我们将对称性分析推广到其他中心对称系统，并找到了许多候选材料，证明了拓扑声子在固体中的普遍存在。这些发现为研究现实材料中的拓扑声子及其对表面物理的影响开辟了新的机会。
2021-05-29 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
A family tree of two-dimensional magnetic materials with tunable topological properties
具有非平凡能带拓扑结构的二维磁性材料可以产生具有重要应用潜力的奇异量子态。在这里，我们预测的二维磁性材料的可调拓扑特性的家谱，从母体材料的CrI3和CrBr3。基本的设计原理是，通过用V或Mn替换夹在卤素层之间的Cr蜂窝晶格的交替位置，平凡的铁磁绝缘体的母体材料已经成熟，可以转化为拓扑系统。具体来说，我们的第一性原理计算表明，由于带隙变窄和自旋轨道耦合之间的优雅的相互作用，CrI3分支成高温量子反常霍尔绝缘体的CrVI 6和CrMnI6具有不同的拓扑不变量，而CrBr 3分支成拓扑半金属的CrVBr 6和CrMnBr 6。这些新的2D磁体也被证明是很容易从他们的散装同行剥离。因此，本研究是面向推进领域的二维磁性材料的拓扑非平凡的境界。
2021-12-21 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
