钒酸盐VO $_2$和V $_2$ O $_3$是表现出金属-绝缘体转变的强相关材料的原型示例。虽然这些材料中的相变已被广泛研究，但对这些材料的性质如何受到缺陷和掺杂的影响的理解有限。在这项研究中，我们调查的原生点缺陷的形式的Frenkel缺陷的VO $_2$和V $_2$ O $_3$的结构，磁性和电子性质的影响，使用第一性原理计算。在VO $_2$中，钒Frenkel对导致非平凡绝缘状态。未配对的钒间隙键合到单个二聚体，这导致具有一个单重态和一个局部单电子$S=1/2$态的三聚体。由钒空位产生的未成对断裂的二聚体也具有定域的$S=1/2$态。因此，绝缘态由单重态二聚体、三聚体和两个局域$S=1/2$态产生。另一方面，氧弗伦克尔对导致VO $_2$中的金属状态，但预期以低得多的浓度存在。相反，V $_2$ O $_3$中的Frenkel缺陷不直接抑制材料的绝缘特性。然而，由V $_2$ O $_3$中的缺陷产生的无序改变了局部磁矩，并进而降低了材料的绝缘相和导电相之间的转变的能量成本。我们还发现了自陷小极化子在V $_2$ O $_3$，这对绝缘相的输运性质的影响。
英文摘要：
The vanadates VO$_2$ and V$_2$O$_3$ are prototypical examples of strongly correlated materials that exhibit a metal-insulator transition. While the phase transitions in these materials have been studied extensively, there is a limited understanding of how the properties of these materials are affected by the presence of defects and doping. In this study we investigate the impact of native point defects in the form of Frenkel defects on the structural, magnetic and electronic properties of VO$_2$ and V$_2$O$_3$, using first-principles calculations. In VO$_2$ the vanadium Frenkel pairs lead to a non-trivial insulating state. The unpaired vanadium interstitial bonds to a single dimer, which leads to a trimer that has one singlet state and one localized single-electron $S=1/2$ state. The unpaired broken dimer created by the vanadium vacancy also has a localized $S=1/2$ state. Thus, the insulating state is created by the singlet dimers, the trimer and the two localized $S=1/2$ states. Oxygen Frenkel pairs, on the other hand, lead to a metallic state in VO$_2$, but are expected to be present in much lower concentrations. In contrast, the Frenkel defects in V$_2$O$_3$ do not directly suppress the insulating character of the material. However, the disorder created by defects in V$_2$O$_3$ alters the local magnetic moments and in turn reduces the energy cost of a transition between the insulating and conducting phases of the material. We also find self-trapped small polarons in V$_2$O$_3$, which has implications for transport properties in the insulating phase.
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。
Magnetic quantum defects in a uniaxial antiferromagnetic insulator
Rutgers University（罗格斯大学）；Beijing Academy of Quantum Information Sciences（北京量子信息科学研究院）；National Institute of Chemical Physics and Biophysics（化学物理与生物物理学国立研究所）；University of South Carolina（南卡罗来纳大学）
Toward the intrinsic limit of topological insulator Bi2Se3
结合高分辨率扫描隧道显微镜和第一性原理计算，我们确定了主要的本征缺陷，特别是Se空位和Se间隙缺陷，负责原型拓扑绝缘体Bi 2 Se 3的单晶体导电和纳米级电位波动。在这里，它是建立在Bi2Se3中的缺陷浓度远高于热力学极限，并且生长动力学主导所观察到的缺陷浓度。此外，通过仔细控制的合成，我们的隧道光谱表明，我们最好的样品接近本征极限的费米能级内的带隙，而不引入外来掺杂剂。
对主体材料中单个掺杂剂原子的作用的详细理解对于半导体工业中的持续小型化至关重要，因为电子的局部充电和捕获可以完全改变器件的行为。类似地，由于掺杂剂可以将莫特绝缘体转变为高温超导体，因此它们在原子尺度上的电子行为非常令人感兴趣。由于传统的扫描隧道显微镜的时间分辨率有限，在这些系统中的大多数原子尺度的研究集中在掺杂剂对电子结构的时间平均效应。在这里，通过使用原子尺度的散粒噪声测量在掺杂的莫特绝缘体Bi $_{2}$ Sr $_{2}$ CaCu $_{2}$ O $_{8+x}$，我们可视化亚纳米尺寸的对象，其中显着的动态导致增强的隧穿电流噪声至少一个数量级。从位置，电流和能量的依赖性，我们认为，这些缺陷是氧掺杂剂原子，在以前的扫描探针的研究，其局部环境导致电荷动态，强烈影响隧道机制中未考虑。这些掺杂剂的非常规行为开辟了在原子尺度上动态控制掺杂的可能性，使得能够直接可视化局部充电对例如高T $_{\text{c}}$超导性的影响。
Understanding Bulk Defects in Topological Insulators from Nuclear-Spin Interactions
非侵入性的局部探针需要在二元和三元硫属化合物的体缺陷的特征。这些缺陷导致了拓扑绝缘体的非理想行为。用$^{125}$ Te核磁共振研究了Bi $_2$ Te $_3$，Sb $_2$ Te $_3$，Bi $_{0.5}$ Sb $_{1.5}$ Te $_3$，Bi $_2$ Te $_2$ Se和Bi $_2$ $_2$ Te $_2$ S.缺陷的分布引起粉末线形的不对称性。我们展示了如何骑士移位，线的形状和自旋晶格弛豫报告载流子密度，自旋轨道耦合和相分离的散装。本研究证实了有序三元化合物Bi $_2$ Te $_2$ Se是目前最好的TI候选材料。我们的研究结果，这是在良好的协议与运输和ARPES研究，帮助建立NMR探针作为一个有价值的方法来表征这些材料的本体属性。
Defect-driven ferrimagnetism and hidden magnetization in MnBi$_2$Te$_4$
MnBi $_2$ Te $_4$（MBT）材料是一种很有前途的反铁磁拓扑绝缘体，其场驱动铁磁性可引起轴子绝缘体和Weyl半金属态之间的转变.然而，Mn/Bi反位缺陷和主Mn层之间的反铁磁耦合的存在可以降低低场磁化，并且已经表明，这种缺陷在结构相同的平凡磁性绝缘体MnSb $_2$ Te $_4$（MST）中更普遍。我们使用高场磁化测量表明，MBT和MST的磁化发生在阶段和完全饱和需要~ $\sim$ ~60特斯拉的领域。因此，MBT中的低场磁化平台状态，其中许多量子反常霍尔态的确定进行了研究，实际上由亚铁磁七重块包含均匀和交错的磁化分量。
Damage accumulation induced metal-insulator transition through ion implantation of ScN thin films
PPRIME Institute, CNRS, Université de Poitiers–ENSMA（普雷米研究所，法国国家科学研究中心，普瓦捷大学-国立高等机械工程学院）；Inorganic Chemistry, Department of Chemistry - Ångström, Uppsala University（乌普萨拉大学Ångström化学系无机化学）；Thin Film Physics Division, Department of Physics, Chemistry and Biology (IFM), Linköping University（林雪平大学物理、化学和生物学学院薄膜物理分部）
Large-scale defects hidden inside a topological insulator grown onto a 2D substrate
拓扑绝缘体（TI）材料是集成到下一代存储器和逻辑器件中的令人兴奋的候选材料，因为它们具有高效、低能耗的磁化切换的潜力。具体地，铋硫族化物家族提供有效的自旋-电荷转换，因为其大的自旋-轨道耦合和表面态的自旋-动量锁定。然而，实现TI的承诺的一个主要障碍是薄膜材料的质量，这落后于外延生长的半导体。与后一种系统相反，Bi硫族化物通过范德华外延形成，这使得它们能够成功地生长在具有不同程度晶格失配的衬底上。这种灵活性使得能够将TI集成到具有新兴材料（包括二维材料）的异质结构中。然而，了解和控制TI膜内的局部特征和缺陷对于实现突破性器件性能至关重要。在这里，我们报告的观测和建模的大规模的结构缺陷（Bi，Sb）$_2$ Te $_3$薄膜生长到六方氮化硼，突出了意想不到的破坏旋转的薄膜和沿晶界共存的第二相。使用第一性原理计算，我们表明，这些缺陷可能会对依赖于这些TI薄膜的器件产生相应的影响，因此它们不能被忽略。
