In this letter, we report the discovery of a new class of spintronic materials, namely spin semi-metals (SSM), employing both theoretical and experimental tools. The band structure of this class of materials is such that one of the spin bands resembles that of a semi-metal, while the other is similar to that of an insulator/semiconductor. This report is the experimental verification of the first SSM, FeRhCrGe, a quaternary Heusler alloy with a magnetic moment 3 $μ_B$ and a Curie temperature of 550 K. The measurement below 300 K shows nearly temperature independent conductivity and a relatively moderate Hall effect. SSM behavior for FeRhCrGe is also confirmed by rigorous first principles calculations. Band structure calculations also reveal that the spin up (semi metallic) band has combined features of type II Weyl and nodal line semimetal. As such, this study opens up the possibility of a new class of material with combined spintronic and topological properties, which is important both from fundamental and applied point of view.
Structure, phase stability, half-metallicity, and fully spin-polarized Weyl states in compound NaV2O4: a new example for topological spintronic material
Magnetic Weyl Semimetal in Quasi Two-dimensional Half Metallic Co$_3$Sn$_2$Se$_2$
我们在半金属Co $_3$ Sn $_2$ Se $_2$中发现了铁磁Weyl半金属（WSM）。从自旋轨道耦合（SOC）带隙的节线导出费米能级附近的三对外尔点（E $_F$）。虽然Weyl点在电荷中性点上方0.11 eV，但由于表面能带色散，解理表面中的费米弧相关态在能量空间上可以从E $_F$ -0.15到E $_F$ +0.11 eV。因此，外尔点相关的物理应该通过表面测量来检测，例如ARPES和STM。Co $_3$ Sn $_2$ Se $_2$的反常霍尔电导率在大的能量窗口内可以保持在620 S/cm以上。除了磁性WSM之外，Co $_3$ Sn $_2$ Se $_2$在温度高于居里温度时也具有Z $_2$拓扑半金属相。由于准二维晶格结构，通过尺寸效应也可以实现二维极限的量子反常霍尔效应。因此，Co $_3$ Sn $_2$ Se $_2$为不同拓扑状态和磁性状态的相互作用提供了良好的平台。
Arc-tunable Weyl Fermion metallic state in Mo$_x$W$_{1-x}$Te$_2$
Weyl半金属可能开创了凝聚态物理的新纪元，因为它们提供了Weyl费米子的第一个例子，实现了一种新的拓扑分类，即使系统是无隙的，表现出费米弧表面态，展示了手征反常和其他奇异的量子现象。到目前为止，唯一已知的外尔半金属是TaAs类材料。在这里，我们提出了一个可调Weyl金属态的存在下，在Mo $_x$ W $_{1-x}$ Te $_2$通过我们的第一性原理计算。我们证明，2%的钼掺杂是足以稳定的外尔金属状态，不仅在低温下，而且在室温下。我们表明，在适度掺杂制度下，外尔节点之间的动量空间距离以及费米弧的长度可以通过改变Mo浓度从0连续调整到布里渊区尺寸的~ 3%，从而增加系统的拓扑强度。我们的研究结果为在层状化合物Mo $_x$ W $_{1-x}$ Te $_2$中实现Weyl物理提供了一条实验上可行的途径，其中观察到了非饱和磁电阻和压力驱动的超导性。
A Single Pair of Weyl Fermions in Half-metallic EuCd2As2 Semimetal
具有单对Weyl点（WP）的理想Weyl半金属可以通过分裂单个狄拉克点（DP）来产生，通过磁序破缺时间反演对称性。然而，大多数已知的狄拉克半金属都具有一对沿着轴的DP，这是由晶体对称性保护的。在这里，我们证明了一对WP也可以从一对DP生成。使用第一性原理能带结构计算，我们表明，诱导铁磁性的AFM狄拉克半金属EuCd 2 As 2产生一对WP由于其半金属性质。低能量有效哈密顿量的分析表明，这种理想的Weyl半金属是在EuCd2As2中获得的，因为DP非常接近区域中心，铁磁交换分裂足够大，可以推动一对WP合并并在Gamma处湮灭，而另一对则幸存下来。此外，我们预测，与Ba在Eu位合金化可以稳定的铁磁配置，并产生一个单一的Weyl点对，而不施加磁场。
Signatures for half-metallicity and nontrivial surface states in a Kagome-lattice magnetic Weyl semimetal Co$_3$Sn$_2$S$_2$
具有时间反演对称性破缺的Weyl半金属材料将表现出各种有趣的物理行为，如内禀巨反常霍尔效应、体块中的手征反常效应以及表面的费米弧等。在这里，我们报告的磁性Weyl半金属候选人Co $_3$ Sn $_2$ S $_2$的扫描隧道显微镜研究。根据表面的形貌和局域态密度，我们给出了不同表面终端的归属。测得的局域态密度揭示了~300 mV的半金属带隙，这是进一步验证的自旋少数带隙使用自旋分辨隧穿光谱。此外，签名的非平凡的表面状态约50 mV的建议。这进一步证实了周围的样品的阶梯边缘的驻波的观察。我们的观察和他们的能带结构计算的比较提供了直接而及时的证据磁性Weyl半金属Co $_3$ Sn $_2$ S $_2$的体和表面能带结构。
Metallic Interface Emerging at Magnetic Domain Wall of Antiferromagnetic Insulator---Fate of Extinct Weyl Electrons
与普通半导体不同，拓扑绝缘体伴随着由狄拉克型费米子描述的受保护的金属表面。在这里，我们从理论上表明，另一个新兴的二维金属嵌入在大块绝缘体实现在磁畴壁。畴壁长期以来一直被研究作为老式和前沿自旋电子学的成分。畴壁在这里，作为一个看似微不足道的反铁磁绝缘体的接口，紧急实现了一个功能接口，由零模式与强大的二维费米表面，其中烧绿石铱氧化物提出主机凝聚态实现外尔费米子提供这样的例子在低温下保存。钉扎在畴壁的inap态的存在，理论上类似于聚乙炔中的自旋/电荷孤子，并作为隐藏的一维弱Chern绝缘体的边缘被保护，其特征在于零维A类拓扑不变量，解决了在R2 Ir 2 O 7中观察到的实验难题。畴壁实现了电子的量子限制，并提供了一个净均匀磁化，这使得磁控制电子界面输运超越半导体范式。
Anomalous Hall effect in half-metallic Heusler compound Co$_{2}$Ti$X$ ($X$=Si, Ge)
虽然外尔费米子最近在几种反转对称性破缺的材料中被观察到，但这种系统的时间反转对称性破缺的例子很少。最近预测各种Co $_{2}$基半金属铁磁Heusler化合物在其能带结构中具有Weyl型激发。这些具有破缺时间反转对称性的磁性Heusler化合物预计将显示出大的动量空间Berry曲率，这引入了几种奇异的磁输运性质。本文系统地分析了Co $_2$ Ti $X$（$X$ =Si和Ge）中反常霍尔效应（AHE）的实验结果。本研究试图了解Berry曲率对Co $_2$ Ti $X$系列材料中AHE的作用。观察到的异常霍尔电阻率的规模平方与纵向电阻率的化合物。详细的分析表明，在反常霍尔电导，本征Karplus-Luttinger Berry相位机制占主导地位的非本征斜散射和侧跳机制。
Field-tunable toroidal moment and anomalous Hall effect in noncollinear antiferromagnetic Weyl semimetal Co1/3TaS2
将磁性与能带拓扑结构相结合，提供了各种新颖的相位，这在其他方面是不可能的。其中，非共线金属反铁磁体因其不同的磁基态而具有丰富的拓扑物理性质。然而，由于缺乏合适的材料，特别是三角晶格反铁磁体，只有很少的实验研究。在这里，我们报告，金属三角形反铁磁体Co 1/3 TaS 2表现出大量的异常霍尔效应（AHE）有关的非共线磁序。我们的第一性原理计算发现，沙漏外尔费米子从非对称对称触发AHE。我们进一步表明，AHE在Co 1/3 TaS 2的特点是由环向力矩，一个涡旋状的多极分量，产生的手征晶格和几何挫折的组合。最后，不寻常的磁场可调性的环矩把Co 1/3 TaS 2作为一个罕见的例子，非共线金属反铁磁体充满有趣的磁性和拓扑性质。
Topological transitions to Weyl states in bulk Bi$_2$Se$_3$: Effect of hydrostatic pressure and doping
Bi $_2$ Se $_3$是一种层状三维（3D）材料，由于存在表面态和本体中0.3 eV的带隙而表现出拓扑绝缘性质。我们从第一性原理的角度研究了流体静压$P$和掺杂稀土元素对这种材料的拓扑结构的影响。我们的研究表明，在P $>$ 7.9 GPa的中等压力下，由于能带反转，体电子性质显示出从绝缘态到外尔半金属态的转变。这种电子拓扑转变可能与在$P$ =7.9 GPa下观察到的从层状范德华材料到3D系统的结构变化相关。在大的$P$态密度在费米能有显着的价值。在Bi $_2$ Se $_3$层之间插入具有小掺杂分数的Gd将系统驱动到金属反铁磁状态，其中Weyl节点低于费米能。在Weyl节点处，由于Gd原子上的大磁矩引起的有限局域场，时间反演对称性被破坏。然而，用Gd取代Bi诱导了具有增加的直接带隙的反铁磁有序。我们的研究提供了新的方法来调整拓扑转变，特别是在捕捉难以捉摸的外尔半金属状态，在3D拓扑材料。
Weyl points enabling significant enhancement of thermoelectric performance in an antiferromagnetic van der Waals metal GdTe3
Key Laboratory of Material Physics, Ministry of Education, School of Physics, Zhengzhou University（郑州大学物理学院教育部材料物理重点实验室）；Department of Physics, State key laboratory of quantum functional materials, and Guangdong Basic Research Center of Excellence for Quantum Science, Southern University of Science and Technology (SUSTech)（南方科技大学物理系量子功能材料国家重点实验室和广东省基础研究中心量子科学卓越中心）；Hefei National Laboratory, University of Science and Technology of China（中国科学技术大学合肥国家实验室）；Collaborative Innovation Center of Advanced Microstructures, Nanjing University（南京大学先进微结构协同创新中心）
Field-dependent Shubnikov-de Haas oscillations in ferromagnetic Weyl semimetal Co3Sn2S2
本文报道了高质量铁磁Weyl半金属Co $_3$ Sn $_2$ S $_2$单晶中Shubnikov-de Haas振荡的研究。在我们的实验中解决的费米表面是三维的，反映了一个潜在的三角晶体对称性。结合密度泛函理论计算，我们确定，大多数的费米表面在系统中-电子和空穴的性质-产生强的能量色散的（自旋轨道间隙）镜保护的节环。我们观察到，一个平面内的磁场诱导费米面的连续演化，与场垂直于kagome晶格平面，这几乎没有影响。沿着系统的易轴各向异性，我们的观察揭示了Co $_3$ Sn $_2$ S $_2$的电子结构的演变-包括外尔点-与铁磁矩取向。通过对Co $_3$ Sn $_2$ S $_2$的实例研究，我们的结果提供了具体的实验证据，证明了在半金属和金属磁性拓扑系统中，磁性自由度和电子能带奇异性之间通过自旋轨道耦合的各向异性相互作用。
Optical conductivity of the metallic pyrochlore iridate Pr$_2$Ir$_2$O$_7$: Influence of spin-orbit coupling and electronic correlations on the electronic structure
Giant spin torque efficiency in naturally oxidized polycrystalline TaAs thin films
我们报告的测量有效的电荷-自旋转换在室温下在Weyl半金属/铁磁体异质结构与氧化和原始界面。Weyl半金属TaAs的多晶薄膜是用分子束外延法在（001）GaAs上生长的，并与金属铁磁体（Ni $_{0.8}$ Fe $_{0.2}$）相连接。自旋扭矩铁磁共振（ST-FMR）测量样品中的氧化界面产生的自旋扭矩效率为$ξ_{\mathrm{FMR}}=0.45\pm 0.25$为8 nm的镍$_{0.8}$铁$_{0.2}$层厚度。通过研究这些样品中的ST-FMR与不同的Ni $_{0.8}$ Fe $_{0.2}$层厚度，我们提取了一个阻尼一样高的扭矩效率为$ξ_{\mathrm{DL}}=1.36\pm 0.66$。在具有原始（未氧化）界面的样品中，自旋扭矩效率具有与在氧化样品中观察到的自旋扭矩效率相反的符号（对于5 nm Ni $_{0.8}$ Fe $_{0.2}$层厚度为$ξ_{\mathrm{FMR}}=-0.27\pm 0.14$）。我们还发现了自旋霍尔电导率（$424 \pm 110 \frac{\hbar}{e}$ S/cm）的下限，这是令人惊讶的一致性与理论预测的单晶Weyl半金属态的TaAs。
Strain induced $\mathbb{Z}_2$ topological insulating state of $β$-As$_2$Te$_3$
拓扑绝缘体是物质的非平凡量子态，其在其本体形式的电子结构中表现出带隙，但在表面处表现出无带隙的金属电子光谱。在这里，我们预测单轴应变诱导电子拓扑转变（ETT）从一个带拓扑绝缘状态的菱形相（空间群：R $\bar{3}$ m）的$_2$ Te $_3$（$β$ -作为$_2$ Te $_3$）通过\textit{first-principles}计算，包括自旋轨道耦合密度泛函理论。的ETT在$β$ -作为$_2$ Te $_3$示出发生在单轴应变$ε_{zz}$ = -0.05（$σ_{zz}$ =1.77 GPa），通过外尔金属态与一个单一的狄拉克锥在其电子结构中的$Γ$点。我们证明了ETT通过带反转和反转的奇偶性的顶部的价和底部的导带导致的变化在$\mathbb{Z}_2$拓扑不变$ν_0$从0到1的过渡。基于其电子结构和声子色散，我们提出了超薄薄膜的As $_2$ Te $_3$有希望用于超薄应力传感器，电荷泵和热电。
Néel-Vector-Orientation Induced Direction-Robust Spin Filtering in Two-Dimensional Altermagnets
Shandong Institute of Advanced Technology（山东高等技术研究院）；Macao Polytechnic University（澳门理工大学）；Institute for Advanced Technology, Shandong University（山东大学先进技术研究院）；Uppsala University（乌普萨拉大学）
