Breakdown of topological protection due to non-magnetic edge disorder in two-dimensional materials in the Quantum Spin Hall phase
本研究针对二维量子自旋霍尔系统中普遍存在的边缘无序问题，结合电子相互作用分析，揭示了局域磁矩破坏拓扑保护的机制，并通过多种理论方法验证了不同长度样品的电导变化规律。
2022-10-07 cond-mat.mes-hall
Topological protection of Majorana polaritons in a cavity
本研究通过准绝热分析与密度矩阵重整化群计算，发现一维拓扑超导相中的马约拉纳端模在腔真空量子涨落下演化为马约拉纳极化激元，仍保持拓扑序、非阿贝尔特性及开链双重指数简并基态。
2023-09-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.quant-gas cond-mat.stat-mech
Testing Topological Protection of Edge States in Hexagonal Quantum Spin Hall Candidate Materials
分析了六角量子自旋霍尔（QSH）材料中拓扑边模保护的详细结构。我们专注于铋烯，锑烯，和砷烯的SiC衬底上，由于其大的体积间隙，可能会提供新的机会，室温QSH应用。虽然时间反演对称性是负责的主要对称性保护字符的QSH状态，六角形边缘终端产生进一步方面的晶体对称性，影响拓扑保护。我们发现，扶手椅QSH边缘状态下，在沿边缘方向的平面内磁场，其拓扑晶体保护的一个标志保持无隙。相比之下，平面外磁场在实际参数范围内打开几meV量级的间隙。我们使用这些有趣的签名扶手椅QSH边缘状态预测实验可测试的指纹，其额外的拓扑晶体特性和螺旋出现在隧道光谱和弹道磁输运。
2018-10-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Topological Protection by Local Support Symmetry and Destructive Interference
Ajou University（亚洲大学）；Korea Advanced Institute of Science and Technology（韩国科学技术院）；Konkuk University（建国大学）；Hongik University（弘益大学）；Princeton University（普林斯顿大学）；Donostia International Physics Center（圣塞巴斯蒂安国际物理中心）；IKERBASQUE, Basque Foundation for Science（伊卡巴斯基奎，巴斯克科学基金会）
该研究通过局部支撑对称性与破坏性干涉，实现对拓扑相变和能带交叉的保护，并在氟化双苯乙烯网络中展示实际材料实现。
2026-01-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Evidence for surface spin structures from first order reversal curves in Co3Sn2S2 and Fe3GeTe2 magnetic topological semimetals
研究了两种不同磁性拓扑半金属Co_3Sn_2S_2和Fe_3GeTe_2在较宽温度范围内的磁化反转和一级反转曲线。对于磁化反转，我们观察到强烈的温度依赖性的初始（低温）的阶梯状磁化开关，所以反转磁滞出现在高温。通常情况下，磁滞回线的反转是两个独立磁相材料的指纹，反转反映了相的相互作用。一阶反转曲线分析证实了即使在实验的最低温度下的两相行为。虽然体铁磁磁化强度表现出很强的温度依赖性，所观察到的相之一，表现出完美的稳定性低于居里温度。得到的磁滞回线的蝴蝶结型，这通常归因于外观的skyrmionic相。所描述的两相行为对于Co3Sn2S2和Fe3GeTe2磁性拓扑半金属来说基本上是相同的，只是这些材料的特征温度不同。我们的实验的特点是第二相具有良好的温度稳定性，而skyrmions通常在居里温度附近观察到。另一方面，由于拓扑半金属表面态的拓扑保护作用，表面态诱导自旋织构具有温度稳定性。这也解释了两种不同拓扑结构的半金属Co_3Sn_2S_2和FGT的第二相的普遍行为。这两种材料具有强烈不同的体性质，唯一的相似之处是拓扑表面态的存在。因此，我们可以归因于第二，温度稳定的磁相的表面状态拓扑半金属。
2022-12-19 cond-mat.mes-hall
Time Reversal and Charge Conjugation in an Embedding Quantum Simulator
对对称操作的理解带来了物理学的巨大进步，从基本粒子到凝聚态系统。在量子力学中，对称性操作可以用么正算符或反么正算符来描述，后者是在物理系统中无法实现的非物理变换。到目前为止，唯一允许的物理动力学--幺正过程和耗散过程的量子模拟器已经在关键实验中实现。在这里，我们提出了一个嵌入式量子模拟器能够编码在一个多层次的单囚禁离子的非物理操作。在这个意义上，我们实验观察到与非酉马约拉纳动力学相关的现象，并实现反酉对称操作，即，时间反转和电荷共轭，在任意的演变时间。这些实验增强了量子模拟工具箱对涉及非物理操作的应用。
2014-09-12 cond-mat.mes-hall gr-qc hep-th
Universal phase transition and band structures for spinless nodal-line and Weyl semimetals
研究了无自旋拓扑线半金属与Weyl半金属之间的一般相变。我们根据拓扑节点线的位置和形状将其分为两种类型，其相变取决于它们的类型。我们证明，当节线包含时间反转不变动量（A型节线）时，拓扑节线半金属通过打破时间反转对称性而成为外尔半金属。我们还讨论了晶体学对称性决定的拓扑线半金属的能带结构的效果。由于对称性的保护，拓扑线半金属可以转变为无自旋的Weyl半金属，或者在反转对称性破缺后，在许多晶体中保持节线。
2017-09-02 cond-mat.mes-hall
Interaction-induced strong zero modes in short quantum dot chains with time-reversal symmetry
本文研究时间反演对称下双量子点链中由库仑相互作用诱导的强零模，发现其基态三重简并受Majorana Kramers对和$\mathbb{Z}_3$-parafermion算符保护，虽与短Kitaev链性质相似，但可通过有限偏压光谱学区分。
2025-03-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Topological protection, disorder, and interactions: Survival at the surface of 3D topological superconductors
我们考虑了三维拓扑超导体的无序和相互作用对无带隙表面态的影响。拓扑结构和超导序的结合颠倒了时间反演对称性的作用，使得外在的时间反演不变的表面扰动只表现为“伪磁场”（阿贝尔和非阿贝尔矢量势，它们与自旋和谷电流耦合）。无序的主要作用是诱导表面态波函数的多重分形标度。这些临界离域，但强烈的非均匀状态相对于干净的系统重新规范化的相互作用矩阵元素。利用共形场论，我们精确地计算了无序对相互作用标度维数的增强或抑制。我们确定的条件下，相互作用保持不相关的对称类AIII和DIII的无序的存在下。在大的拓扑绕组数（许多表面谷）的限制，我们表明，有效场论采取的形式Finkel'stein非线性西格玛模型，增广的Wess-Zumino-Novikov-Witten长期。西格玛模型将相互作用的影响纳入到所有的订单，并提供了一个框架的控制微扰膨胀;逆自旋或热导是小参数。对于类DIII，我们表明，相互作用总是无关紧要的，而在类AIII有一个有限的窗口的稳定性，控制的混乱。在这个窗口之外，我们确定了新的相互作用稳定的固定点。
2014-05-01 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Non-Abelian Majorana Doublets in Time-Reversal Invariant Topological Superconductor
非阿贝尔Majorana零模的研究推进了我们对量子物质基本物理的理解，并推动了这种奇异态在拓扑量子计算中的潜在应用。在二维和一维手征超导体中，孤立的Majorana费米子服从非阿贝尔统计。然而，由于Kramers定理，$Z_2$时间反转不变（TRI）拓扑超导体中的Majorana模是成对的。因此，在TRI超导体中的编织操作总是交换两对马约拉纳。在这项工作中，我们有趣地表明，由于时间反演对称性的保护，非阿贝尔统计可以在一维TRI拓扑超导体中获得，并可能具有应用于拓扑量子计算的优势。此外，我们揭示了约瑟夫森效应中的一个有趣的现象，即约瑟夫森电流的周期性依赖于超导态的费米子宇称。这种效应提供了对这种1D TRI超导体中的拓扑量子比特状态的直接测量。
2013-09-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Unexpected edge conduction in HgTe quantum wells under broken time reversal symmetry
碲化汞量子阱中量子自旋霍尔效应的实现被认为是拓扑绝缘体发现的一个里程碑。的QSH边缘状态的预测，以允许电流在绝缘体的边缘流动，在各种实验中证明。QSH理论的一个关键预测仍然有待实验验证的是在破缺的时间反演对称性（TRS）下边缘传导的击穿。在这里，我们首先建立了一个严格的框架，了解磁场依赖的静电门控QSH设备。然后，我们报告了意想不到的边缘导电下打破TRS，使用一个独特的低温微波阻抗显微镜（MIM），在7.5 nm碲汞量子阱器件与倒置能带结构。在零磁场和低载流子密度下，在该器件的局部电导率分布中观察到清晰的边缘传导，但在能带结构微不足道的5.5 nm控制器件中没有观察到。令人惊讶的是，在7.5纳米器件的边缘传导持续高达9 T的磁场的影响很小。这表明物理学超越了简单的QSH模型，可能与材料特定的性质，其他对称性保护和/或电子-电子相互作用有关。
2015-06-02 cond-mat.mes-hall
Helical Majorana edge mode in a superconducting antiferromagnetic quantum spin Hall insulator
二维时间反演对称拓扑超导体是一个边缘具有螺旋Majorana模的完全能隙系统。这种螺旋马约拉纳边缘模式（HMEM），这是一个克雷默对两个手性马约拉纳边缘模式在相反的传播方向，是强大的时间反演对称性保护。通过研究超导反铁磁量子自旋霍尔绝缘体，我们提出了一种可行的装置和可获得的测量方法，为HMEM的实现提供了初步的步骤。由于这种反铁磁拓扑绝缘体具有螺旋电子边缘模式并保持有效的时间反转对称性，这是时间反转对称性和晶体对称性的组合，因此传统s波超导配对的邻近效应可以直接诱导单个HMEM。我们进一步表明，HMEM导致观察到的$e^2/h$电导，这种量化的电导生存，即使在存在小的破坏性障碍。
2018-08-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Topological protection revealed by real-time longitudinal and transverse studies
本文利用 Corbino 几何中的 IQHE 与纵、横向实时耗散探测，揭示无耗散模式的体相重构及无序、相互作用和拓扑的共同作用，解释拓扑保护鲁棒性差异。
2024-03-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Differentiating anomalous and topological Hall effects using first-order reversal curve measurements
研究提出利用一阶反转曲线（FORC）技术区分拓扑霍尔效应（THE）与反常霍尔效应（AHE），解决了THE难以明确识别的问题，实现了对磁性材料中两者的定量研究。
2025-05-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Current-induced gap opening in interacting topological insulator surfaces
二维拓扑绝缘体（TI）的主机无带隙螺旋边缘的国家，预计将支持一个量化的两端电导。量子化受到时间反演对称性的保护，它禁止弹性背散射。奇怪的是，载流状态本身打破了保护它的时间反转对称性，在这里，我们表明，在螺旋边缘状态的电子-电子相互作用和动量相关的自旋极化的组合产生的反馈，通过它所施加的电流打开边缘状态色散的间隙，从而打破了对弹性背散射的保护。电流引起的间隙打开通过对系统的$I-V$特性的非线性贡献来表现，该特性持续到零温度。我们讨论了在最近发现的大体积带隙TI的实现前景，和一个类似的电流诱导间隙开放机制的表面状态的三维TI。
2019-12-11 cond-mat.mes-hall
Phonon induced backscattering in helical edge states
已知在量子自旋霍尔绝缘体的边界处实现的单对螺旋边缘状态对弹性单粒子背散射是鲁棒的，只要保持时间反演对称性。然而，没有对称性阻止非弹性背散射所带来的声子在Rashba自旋轨道耦合的存在下。在这封信中，我们表明，螺旋狄拉克电子的单通道的量子化电导率的保护，甚至对这种非弹性机制，以领先的顺序。我们进一步证明，这一结果仍然有效，即使当库仑相互作用包括在一个螺旋Tomonaga Luttinger液体的框架。
2012-03-14 cond-mat.mes-hall
Universal Role of Combined Symmetry for the Protection of the Dirac Cone in Antiferromagnetic Topological Insulators
本文通过微聚焦角分辨光电子能谱研究GdBi，揭示反铁磁拓扑绝缘体中组合对称性ThetaTD对狄拉克费米子质量产生的普适关键作用。
2024-10-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Beyond symmetry protection: Robust feedback-enforced edge states in non-Hermitian stacked quantum spin Hall systems
National University of Singapore（新加坡国立大学）
该研究展示了在非厄米特叠层量子自旋霍尔系统中，通过反馈机制实现鲁棒的螺旋边态，无需依赖对称保护。
2026-09-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.other math-ph
Synchronized in-gap edge states and robust copropagation in topological insulators without magnetic flux
提出一种时间反演对称拓扑绝缘体，通过引入时间反演对称性分离边缘态与体带，并利用各向异性次近邻耦合拓宽带隙，实现同步带隙边缘态的鲁棒共向传播，丰富了拓扑边缘态并促进可重构光学器件设计。
2025-04-24 cond-mat.mes-hall
Manipulation of Dirac Cones in Mechanical Graphene
研究了具有蜂窝结构的弹簧-质量模型--机械石墨烯。通过仅控制一个参数，即平衡时的弹簧张力，振动谱发生显著变化。在谱中，在K点和K '点处总是存在Dirac锥。随着张力的改变，额外的狄拉克锥成对地产生和湮灭。当时间反演对称性被系统的均匀旋转破坏时，狄拉克锥的产生和湮灭导致适当定义的陈数的跳跃。然后，手征边缘模式的传播方向发生翻转，这给出了一个实验方法来检测拓扑转变。这是经典系统的体-边对应。我们还证明了另一个重要的概念，对称性保护的拓扑状态，是在工作中的经典系统。对于时间反演不变的情形，固定边界条件下存在拓扑边缘模，而自由边界条件下不存在拓扑边缘模。这种反差源于自由边界上的对称破缺。
2015-05-25 cond-mat.mes-hall
Robustness of Helical Edge States Under Edge Reconstruction
在理想模型下，研究了时反不变二维拓扑绝缘体的螺旋边缘态的后向散射特性。在更现实的情况下，在样品边界处具有浅限制电位，可能会出现额外的强相互作用边缘状态，这可能会干扰边缘传导的拓扑保护。我们发现，重建的边缘内的相互作用的影响很好地描述了Luttinger液体模型。虽然这种Luttinger液体和螺旋边缘状态之间的相互作用原则上可以引起动态自旋极化和时间反转对称性的破坏，我们证明了随机自旋轨道耦合强烈抑制这种动态自旋极化，导致近量子化边缘导电的持久性。
2022-05-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Symmetry-assisted protection and compensation of hidden spin polarization in centrosymmetric systems
最近有人注意到，在某些中心对称的化合物中，自旋轨道相互作用耦合了每个缺乏反转对称性的局部扇区，从而导致了真实空间中可见的自旋极化效应，被称为“隐藏自旋极化（HSP）”。然而，可观察到的自旋极化的一个给定的本地部门受到干扰，其反转伙伴，阻碍材料实现和潜在的应用HSP。从单轨道紧束缚模型出发，我们提出了一种非平凡的方法，通过非对称对称性最小化反转伙伴之间的相互作用来保护强的扇形投影自旋织构。HSP效应通常由Γ点附近的反转伙伴补偿，但不受布里渊区边界周围的相互作用的影响。我们进一步总结了17个层组，支持这种辅助HSP和识别的第一性原理计算数百准二维材料从现有的数据库中，其中一组稀土化合物LnOI（Ln = Pr，Nd，Ho，Tm和Lu）作为伟大的候选人，表现出强大的Rashba和Dresselhaus型HSP。我们的发现也提供了一个理想的平台，以控制HSP涌现的物理效应，如打开一个杂化间隙的拉伸应变，实现时间反演不变的拓扑超导。
2019-02-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Dynamic Nuclear Polarization from Topological Insulator Helical Edge States
拓扑绝缘体由于其自旋动量锁定的边缘态而在自旋电子学和相关技术中具有很好的应用前景，而这种边缘态又受到时间反转对称性的保护。除了这些系统中出现的独特的基础物理学之外，这些受保护状态的潜在技术应用也在过去十年中推动了TI的研究。然而，大多数已知的拓扑绝缘体材料天然含有自旋核，并且它们与螺旋边缘态的超精细耦合本质上破坏了时间反演对称性，去除了拓扑保护并使得能够通过超精细辅助的反向散射建立动态核自旋极化。在这里，我们计算散射概率和核极化的边缘通道包含高达$34$核自旋使用数值精确分析，利用对称性的问题，大大降低了计算的复杂性。然后，我们展示了普遍的缩放特性的出现，使我们能够将我们的发现外推到更大的和实验相关的系统尺寸。我们发现，相对较弱的螺旋边缘电流可以导致显着的核极化，这表明它可能是一个重要的因素，影响自旋输运的拓扑绝缘体设备。
2018-12-11 cond-mat.mes-hall
Topological protection from exceptional points in Weyl and nodal line semimetals
将能带结构推广到复动量时，我们将外尔线和半金属线的表面态描述为倏逝态，研究了它们的拓扑保护。通过这种方式，我们发现了一系列特殊的点-也就是说，在复杂的光谱中具有零能量的分支点-使我们能够识别具有复杂动量的表面态的集合，这些表面态发出衰变到3D半金属的信号。从这个角度来看，外尔线和半金属线可以分为两种类型，这取决于表面状态衰减的方式。A型半金属具有较小的穿透长度和振荡衰减的表面态，而B型半金属具有较长的简单指数衰减。这两种类型之间的差异反映在光谱中的分支切割适应复平面的方式上。在这种方法中，表面状态的稳定性源于在例外点周围发展的复杂结构，具有拓扑保护，该拓扑保护基于分支切割不能被小扰动关闭的事实。我们检查这个属性时，将半金属线放置在圆偏振光，我们观察到的例外点生存的影响，这样的扰动，虽然适当的边界条件为零能量的表面状态不能满足一般由于时间反演不变性的辐射场的故障。
2017-02-22 cond-mat.mes-hall math-ph math.MP
Protection of Edge transport in Quantum Spin Hall samples: Spin-Symmetry Based General Approach and Examples
理解可能的机制，这可能导致量子自旋霍尔（QSH）系统中螺旋边缘输运的抑制，在第一次实验揭示弹道电导的脆弱性之后引起了巨大的关注。尽管有非常深入的研究和丰富的理论模型，完全一致的解释实验结果仍然缺乏。我们系统化的螺旋运输的各种理论的帮助下，自旋守恒分析，它允许一个单独的设置与弹道电导被强大的保护，无论电子背散射。首先，我们简要地回顾了不同的理论在QSH样品的边缘输运的电子自旋轴对称性和不包括那些理论预测是不一致的自旋守恒分析，因此，需要更深入的研究。接下来，我们通过对代表性示例的详细研究来说明一般方法。其中一个地址的螺旋边缘耦合到一个阵列的海森堡相互作用的磁性杂质（MI），并表明，电导保持弹道，即使在边缘上的时间反演对称性（局部）打破，但总自旋是保守的。另一个例子着重于空间涨落自旋轨道相互作用对QSH边缘的影响。它揭示了在若干情况下保护的弱点，例如，U（1）对称的，但不是完全各向同性的，MI或一般的电子-电子相互作用的存在。
2022-03-08 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall
Non-Abelian Berry phase for open quantum systems: Topological protection vs geometric dephasing
我们对简并开放量子系统的绝热演化进行了详细的理论分析，其中动力学是由控制参数空间中的含时波动回路路径引起的。对于弱系统浴耦合，周围的确定性的基本路径的波动服从高斯统计，其中我们假设量子绝热定理也满足波动路径。我们发现，普遍的非阿贝尔几何退相（NAGD）的贡献包含在波动平均演化算子。该操作员在本工作中提出的用于检测NAGD的所有实验方案中起着关键作用。特别是，我们制定干扰测量提供全面的NAGD。除了由于动力学相位及其波动的因素外，平均演化算子包含平均Berry矩阵。将该非酉矩阵极分解为酉矩阵$V$和半正定厄米矩阵$R$的乘积，揭示了NAGD贡献的物理性质。与传统的动态移相速率不同，由$R$编码的NAGD本征速率取决于环路方向感测，并且特别地，在方向反转的情况下改变符号。负速率则意味着与仅存在动态失相时的相干性相比相干性的放大。几何失相的非阿贝尔特征根源于$V$和$R$的非交换性，并在干涉实验中引起吸烟枪签名。我们还澄清了为什么拓扑保护系统不显示几何退相。然而，在没有充分保护的情况下，可能会出现几何失相，必须加以考虑。作为具体的应用，我们提出了自旋回波NAGD检测协议修改马约拉纳编织设置。
2020-07-28 cond-mat.mes-hall quant-ph
Classification of crystalline topological semimetals with an application to Na$_3$Bi
拓扑相不仅可以通过内部对称性（例如，时间反演对称性），而且还通过晶体对称性，例如反射或旋转对称性。最近，一个完整的拓扑分类反射对称绝缘体，超导体，节半金属，节超导体已经建立。在这篇文章中，反射对称保护的半金属和节点超导体的分类简要回顾后，我们讨论了一个三维拓扑狄拉克半金属，它表现出时间反演对称性以及反射和旋转对称性的例子。我们计算的表面态光谱的狄拉克半金属，并确定晶格对称性，导致保护的表面状态。我们讨论了我们的研究结果的影响的费米弧表面状态的狄拉克材料钠$_3$ Bi的稳定性。我们的分析表明，费米弧的Na $_3$ Bi是缺口，除了在时间反演不变的表面动量，这是在最近的光电发射测量协议。
2015-01-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Kramers Pairs of Majorana Fermions and Parafermions in Fractional Topological Insulators
我们提出了一个基于拓扑绝缘体的方案，在完全没有磁场的情况下产生Kramers对的马约拉纳费米子或副费米子。我们的装置由两个拓扑绝缘体组成，它们的边缘态接近s波超导体。由此产生的邻近效应导致非局部交叉Andreev配对之间的相互作用，这是占主导地位的强电子-电子相互作用制度，和通常的超导配对，这是占主导地位的两个拓扑绝缘体边缘之间的大分离。因此，在两种不同类型的配对占主导地位的空间区域之间的界面处存在零能量束缚态。由于保留了时间反演对称性，束缚态以克拉默对的形式出现。如果拓扑绝缘体带有分数边态，则零能束缚态是仿费米子，否则是马约拉纳费米子。
2014-03-17 cond-mat.mes-hall
Quantum Phase Transition and Protected Ideal Transport in a Kondo Chain
我们研究了近藤链的低能物理，其中来自一维能带的电子通过各向异性交换相互作用与磁矩相互作用。它表明，各向异性引起的两个不同的相分离的量子相变。在易面各向异性相中，具有不同螺旋度电子的扇区之间的Z $_2$对称性被破坏。其结果是，本地化效应被抑制和直流传输获得（部分）对称保护。这种效应类似于时间反演不变拓扑绝缘体中的边缘输运保护。具有易轴各向异性的相对应于具有明显的自旋-电荷分离的Tomonaga-Luttinger液体。慢电荷密度波模式对局部化没有保护作用。
2015-10-23 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Ferroelectrically Controlled Chirality Switching of Weyl Quasiparticles
针对外尔准粒子手性难以可逆调控的难题，本研究提出铁电极化耦合外尔点手性反转的机制，结合对称性分析与第一性原理计算筛选出可行材料，为拓扑声子的电学调控提供了新路径。
2025-11-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
A gap-protected zero-Hall effect state in the quantum limit of the nonsymmorphic metal KHgSb
拓扑物质中一个反复出现的主题是通过对称性保护不寻常的电子态，例如，通过时间反演对称性保护Z2拓扑绝缘体中的表面态[1-3]。最近，人们的兴趣转向了大类非对称材料中不寻常的表面态[4-11]。特别是KHgSb被预测表现出双量子自旋霍尔（QSH）态[10]。本文报道了在强磁场B中观察到的KHgSb的霍尔电导率的新特征。在量子极限下，霍尔电导率呈指数下降到零，但对角电导率是有限的。一个大的间隙保护着这个不寻常的零霍尔态。我们建议，在这个限制，化学势下降到体间隙，交叉相等数量的右和左移动的QSH表面模式，产生零霍尔状态。
2018-12-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Poor man's topological quantum gate based on the Su-Schrieffer-Heeger model
量子系统的拓扑性质可以保护信息不受环境噪声的影响，从而大大提高它们在量子信息处理中的潜力。拓扑保护量子门的大多数建议是基于多体系统，例如，分数量子霍尔态、奇异超导体或相互作用自旋的集合，具有固有的概念复杂性。在这里，我们提出并研究了拓扑保护的量子门，基于一维单粒子紧束缚模型，称为Su-Schrieffer-Heeger链。所提出的$Y$门作用于由三条链组装而成的Y结的二维零能量子空间中，并且基于支持零能量模式的缺陷的空间交换。通过数值模拟，我们证明了该门对跳跃无序是鲁棒的，但被破坏的现场能量的无序。然后，我们表明，这种鲁棒性是拓扑保护，它产生的联合后果的手征对称性，时间反演对称性和空间分离的零能量模式绑定到缺陷。这种设置很可能不会导致实际的量子计算机，尽管如此，它确实提供了有价值的见解，拓扑量子计算的方面作为一个基本的极小模型。由于该模型是非相互作用和非超导的，因此可以通过实验研究其动力学，例如，使用耦合的光波导。
2019-07-10 cond-mat.mes-hall
Möbius topological superconductivity in UPt$_3$
经过三十多年的深入研究，重费米子超导体UPt $_3$中的多重超导相和奇宇称库珀对已被阐明。我们确定了一个时间反演不变的超导相的UPt $_3$作为最近提出的拓扑非对称超导。结合UPt $_3$的能带结构、$P6_3/mmc$空间群对称性所允许的$E_{\rm 2u}$表示的序参数和$K$-理论的拓扑分类，我们证明了滑移对称性所丰富的三维DIII类的非平凡$Z_2$-不变量.相应地，在表面布里渊区边界处出现了双马约拉纳锥表面态。此外，我们显示了各种表面状态，并阐明了晶体对称性的拓扑保护。对应于可调外尔点的Majorana弧出现在时间反演对称破缺的B相中。揭示了镜像陈数保护的Majorana锥和滑移缠绕数保护的Majorana平带。
2017-06-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Charge conservation protected topological phases
讨论了粒子数守恒与拓扑相的关系。在四维空间中，我们发现在U（1）电荷守恒的存在下，属于不同拓扑相的系统可以按拓扑关系连接，即，而不闭合间隙，在中间通过超导项破坏该局部对称性。二维和三维的时间反转保持拓扑绝缘体态可以通过降维从四维母态得到，从而通过电荷守恒继承了这种保护。因此，所有的拓扑绝缘体都可以在不破坏时间反演对称性的情况下被绝热地连接到平凡绝缘状态，只要在绝热变形期间允许中间超导项。相反，在一维空间中，非对称保护的拓扑相只出现在破坏U（1）电荷守恒的系统中。这些结果可以直观地理解，通过考虑一个自然的嵌入到相应的Bogoliubov de Gennes类的分类空间的电荷守恒哈密顿。
2013-01-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Tolerance of topological surface states towards magnetic moments: Fe on Bi2Te3 and Bi2Se3
拓扑绝缘体（1-8）是一种新的物质形式，其特征在于具有类似于石墨烯（9）的准相对论色散的金属表面态。与石墨烯不同，自旋和动量的锁定以及时间反演对称性的保护（1-8）为输运性质的外部控制开辟了巨大的额外可能性（10- 1-8）。本文用角分辨光电子能谱学表明，Bi_2 Te_3和Bi_2Se_3的拓扑表面态对Fe的沉积是稳定的，而没有打开带隙。这种稳定性延伸到低亚单层覆盖率，这意味着最近报道的Bi 2Se 3上Fe的带隙（19）是不正确的，以及完整的单层，这意味着拓扑表面状态可以很好地存在于未来器件中与铁磁体的界面处。
2011-08-04 cond-mat.mes-hall
No-go theorem for single time-reversal invariant symmetry-protected Dirac fermions in 3+1d
本文利用异常匹配方法证明3+1维时间反演不变晶格系统不能存在单个对称保护狄拉克费米子，并给出该定理的逆例及允许奇数节点的条件。
2025-08-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el hep-th
Cavity-induced backscattering in a two-dimensional photonic topological system
通过电子，光子和声子材料中的拓扑状态的鲁棒传输的发现加深了我们对凝聚态中波传播的理解，并展望了工程超材料在通信，传感和控制环境中的关键应用。拓扑保护的传输已被证明在面对弯曲的路径和现场的随机性的结构。在这里，我们测量微波辐射在具有时间反演对称性的拓扑介质中的传播，其中腔体邻近边缘通道。耦合共振模型分析表明，该腔不是自旋守恒缺陷，在传输中产生负的时间延迟。
2019-11-13 cond-mat.mes-hall physics.optics
Switching spin and charge between edge states in topological insulator constrictions
自石墨烯中物质的一种新拓扑状态被预测以来，作为拓扑绝缘体的材料引起了人们的广泛关注。在碲化汞（HgTe）基二维拓扑绝缘体的理论提出后不久，量子自旋霍尔效应和非局域边缘输运的观察为边缘态量子化电导带来了令人信服的实验证据。这种螺旋边缘状态的自旋取向和传播方向是固有地连接的，从而提供对反向散射的保护。然而，这些特征相反地使得诸如自旋切换的受控自旋操作变得困难。因此，在这里，我们提出收缩作为连接器之间的相对边缘（和自旋）状态的碲化汞。我们演示了如何边缘状态之间的耦合，重叠的收缩，可以用于转向到不同的边缘模式的电荷流和控制自旋开关。这产生了三态电荷和自旋晶体管功能。与传统的自旋晶体管不同，开关不依赖于可调的Rashba自旋轨道相互作用，而是依赖于边缘态波函数的能量依赖性。基于这种机制，并支持数值输运计算，我们提出了两种不同的方式来控制自旋和电荷电流取决于门控的收缩。
2011-04-21 cond-mat.mes-hall
Observation of Fermi-energy dependent unitary impurity resonances in a strong topological insulator Bi2Se3 with scanning tunneling spectroscopy
Si（111）衬底上Bi_2Se_3外延薄膜的扫描隧道光谱研究揭示了与非磁性量子杂质相关的高度局域化的幺正杂质共振。共振的强度取决于费米能级（{E_F}）和狄拉克点（{E_D}）之间的能量差，并且随着{E_F}接近{E_D}而发散。的Dirac-cone表面状态的主机恢复在约2纳米空间距离的杂质，这表明强大的拓扑保护的表面状态的拓扑绝缘体对高密度杂质，保持时间反转对称性。
2012-01-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Preserving the topological surface state: FePc on Bi2Se3
利用扫描隧道显微镜（STM）和光谱学（STS）研究了77 K超高真空下铁酞菁（FePc）分子在拓扑绝缘体Bi2Se3表面的生长.亚分子分辨率STM图像提供了原子尺度的注册表的分子的吸附位点，在顶部或桥梁，参考的Bi2Se3表面的顶面硒原子。STS数据揭示了FePc分子的HOMO和LUMO轨道相对于特异性结合位点的轻微移动。STS测量结果表明，Bi_2Se_3的狄拉克点在沉积FePc分子后没有发生变化。这表明拓扑绝缘体表面状态（TISS）的保护。我们推测，虽然Fe原子具有磁性，但在Pc环中连接到Fe的配体影响吸附在Bi2Se3衬底上的分子的磁性行为。我们的工作提出了一个例子，以推进调整TISS接口与不同的分子和设计的表面和接口与时间反转对称性保护的磁性纹理的战略平台。
2017-09-19 cond-mat.mes-hall
Observation of the Quantum Spin Hall Effect up to 100 Kelvin in a Monolayer Crystal
拓扑绝缘体（TI）领域是由时间反演不变系统（例如自旋-轨道耦合单层石墨烯）中的量子自旋霍尔效应（QSHE）的预测引发的。从那时起，各种单层晶体已被提出作为二维（2D）TI表现出QSHE，甚至可能在高温下。然而，单层QSHE的确凿证据仍然缺乏，基于半导体异质结构的系统在接近液氦的温度下工作。在这里，我们报告的QSHE在单层WTe 2的温度高达100开尔文的观察。在短边极限下，单层膜表现出标志性的量子化输运电导，每边~ e2/h。此外，一个磁场抑制的电导，和观察到的塞曼型间隙表明存在一个Kramers退化点，证明了时间反演对称性的重要性，从弹性背散射保护。我们的结果建立了高温QSHE，并打开了一个新的领域，发现基于二维晶体的拓扑相。
2017-11-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
A Gapless Symmetry-Protected Topological Phase of Fermions in One Dimension
我们考虑了一个具有吸引相互作用和自旋轨道耦合的一维时反不变系统。由于超导序参量的强量子涨落，这种系统是无带隙的。然而，我们发现，一个明确定义的拓扑相与保护，指数本地化的边缘状态存在。如果自旋分量之一是保守的，边缘模式的保护可以理解为自旋间隙的存在的结果。在更一般的情况下，局部化的边缘状态产生的间隙，以单粒子激发的散装。我们考虑特定的微观模型，并证明分析和数值（使用密度矩阵重整化群计算），他们可以支持拓扑非平凡的阶段。
2015-06-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Type-II quantum spin Hall insulator
Beijing Normal University（北京师范大学）；Renmin University of China（中国人民大学）；Ningbo University（宁波大学）；Qufu Normal University（曲阜师范大学）；Hefei National Laboratory（合肥国家实验室）
该研究提出无需对称保护（仅需平移对称性）的II型量子自旋霍尔绝缘体，通过第一性原理和晶格模型证明其在交变磁性和Luttinger补偿磁性材料中可实现，并揭示了U(1)对称性对其稳定性的关键作用。
2025-03-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Crystalline finite-size topology
该研究揭示了三维晶体拓扑绝缘体在薄膜几何中普遍实现有限尺寸晶体拓扑相，其体拓扑响应与准二维/三维边界模式共存，并区别于严格二维拓扑态，发展了低能解析理论。
2023-12-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Floquet topological insulators with hybrid edges
拓扑边缘态是指在破坏系统对称性的效应作用下，在周期性材料的边缘处形成的具有特定简并的模谱，如狄拉克点。特别是，在Floquet拓扑绝缘体单向边缘状态出现时，由于动态调制的基础晶格势的有效时间反演对称性的分裂。然而，这样的状态通常是报告某些简单的晶格终端，例如，在锯齿形或胡子的边缘蜂窝晶格。在这里，我们表明，非常规的拓扑边缘状态可能存在于Floquet绝缘体的螺旋波导阵列的基础上与混合边缘涉及交替曲折和扶手椅段，即使后者是长的。这种边缘状态出现在第一布里渊区的最大部分，并通过缺陷时显示拓扑保护。在混合边缘的拓扑状态持续存在的聚焦非线性的材料。我们的结果可以推广到其他类型的晶格和物理系统，他们解除了一些限制与晶格终端，可能不支持边缘状态，在没有影响打破系统的时间反转对称性和扩大的几何形状的多样性，其中拓扑绝缘体可以构建。
2022-12-10 cond-mat.mes-hall nlin.PS physics.optics
Planar Hall effect from the surface of topological insulators
拓扑绝缘体（TI）的一个显著特征是表面态由自旋非简并的无质量狄拉克费米子组成。最近的技术进步使得有可能解决的表面输运性质的TI薄膜，同时调整的费米能级的顶部和底部表面的狄拉克点通过静电门控。这为研究TI特有的自旋非简并狄拉克物理打开了一扇窗。在这里，我们报告我们发现了一种新的平面霍尔效应（PHE）从TI表面，这是由于迄今未知的电阻率各向异性引起的面内磁场。在体绝缘Bi $_{2-x}$ Sb $_{x}$ Te $_{3}$薄膜的双栅极器件中观察到这种效应，其中顶表面和底表面都被栅极化。PHE的起源是面内磁场特有的时间反转破缺效应，它各向异性地解除了对表面狄拉克费米子的后向散射的保护。场致各向异性的关键签名是一个强烈的依赖于栅极电压与狄拉克点附近的特征双峰结构，这是理论上解释使用自洽的T-矩阵近似。所观察到的PHE提供了一个新的工具，在未来的实验中分析和操纵的拓扑保护的TI表面。
2017-03-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Majorana bound states in topological insulators without a vortex
我们考虑三维拓扑绝缘体（TI）导线，其横截面上的门控引起非均匀化学势。这种化学势的不均匀性提高了两个一维表面态子带之间的简并性。由于轨道效应，沿导线施加的磁场破坏了时间反演对称性，并在零动量时提升了Kramers简并度。如果放置在接近一个$s$波超导体，该系统可以在相对较弱的磁场进入拓扑相。马约拉纳束缚态（MBS），本地化的TI线的两端，出现，并存在于一个非常大的区域的参数空间在现实系统中。与以前的建议不同，这些MBS发生时不需要超导配对势中的涡旋，这代表了实验的显着简化。我们的研究结果打开了一条途径，实现MBSs在当今TI线设备。
2021-03-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Transport in helical Luttinger Liquid with Kondo impurities
二维拓扑绝缘体中螺旋边缘模的弹道输运受到时间反演对称性的保护。最近有人指出[1]，非相互作用的螺旋电子与随机各向异性的近藤杂质阵列的耦合可以导致对称性的自发破缺，因此可以去除这种保护。我们已经分析了电子之间的相互作用的功能和阿贝尔玻色化方法的组合的影响。抑制的弹道输运原来是强大的，在一个广泛的相互作用强度。我们计算了局域化长度的重正化，发现对于强相互作用，它是重要的。我们已经确定了各种制度的直流运输，并讨论了它的温度和样品尺寸的依赖关系，在每个制度。
2015-03-11 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Stability of flat-band edge states in topological superconductors without inversion center
没有反转对称性的节状超导体表现出非平凡的拓扑性质，表现为拓扑保护的平带边缘态。在这里，我们研究破坏平移对称性的影响，拓扑不变量的定义至关重要。我们表明，使用大规模的数值模拟，散装边缘对应仍然有效的边缘粗糙度和强边缘无序的存在。中等强度的无序使一些边缘态远离零能量，但不改变它们的总数。另一方面，强的自旋无关边缘无序导致在与无序边缘相邻的层中出现新的弱无序中间带隙态，即，在大块拓扑超导体和由强无序边缘层形成的一维安德森绝缘体之间的界面处。此外，我们表明，磁性杂质，这解除了时间反演对称性保护的平带状态，导致边缘状态的数量随着无序强度的增加而迅速减少。
2014-02-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Tunneling in the Brillouin Zone: Theory of Backscattering in Valley Hall Edge Channels
最近的一系列实验一直在探索玻色子系统中的拓扑输运，例如光子或声子。在绝大多数情况下，时间反演对称性被保留，并且能带结构通过适当的几何结构选择来设计，以在高对称点附近产生拓扑非平凡的带隙。然而，这留下了大准动量后向散射的可能性，破坏了拓扑保护。到目前为止，人们还不清楚这种影响可以被充分抑制的确切条件是什么。在目前的工作中，我们介绍了一个全面的半经典理论的动量空间中的隧道跃迁，描述背散射的最重要的系统类之一，基于谷霍尔效应。我们预测，即使是一个光滑的畴壁有效的散射中心发展的地方确定的壁和能量的斜率。此外，我们的理论提供了一个定量分析的指数抑制的总反射振幅增加畴壁平滑度。
2021-06-23 cond-mat.mes-hall quant-ph
Direct observation of the spin texture in strongly correlated SmB6 as evidence of the topological Kondo insulator
拓扑近藤绝缘体（TKI）的概念是作为一类新的拓扑绝缘体而提出的，其中由于强自旋轨道耦合，非平凡表面态在低温下驻留在体近藤带隙中[1-3]。与其他三维（3D）拓扑绝缘体（例如Bi 2Se 3）相比，TKI在体块中是真正绝缘的[4]。此外，强电子关联存在于系统中，这可能与新的拓扑相相互作用。应用自旋和角度分辨光电子能谱（SARPES）的近藤绝缘体SmB 6，一个有前途的TKI候选人，我们揭示了SmB 6的表面态的自旋极化，和自旋被锁定的晶体动量。反向传播状态（即在k和-k处）具有受时间反演对称性保护的相反自旋极化。这些发现与表面布里渊区中4个时间反演不变动量之间的奇数个表面态费米面一起[5]，第一次证明了SmB 6可以在源于近藤效应的体中的全绝缘间隙中容纳非平凡拓扑表面态。因此，我们的实验结果表明，SmB 6是第一个实现的三维TKI。它也可以作为一个理想的平台，系统地研究新的拓扑量子态与涌现效应和竞争秩序诱导的强关联电子之间的相互作用。
2014-07-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Symmetry Demanded Topological Nodal-line Materials
狄拉克和外尔物理在固体中的实现使拓扑材料成为凝聚态物理的主要研究热点之一。最近，拓扑节线半金属（topological nodular line semimetals）成为拓扑量子物质研究的一个热点。在拓扑节线半金属中，沿着动量空间中的特殊线的Dirac或Weyl类交叉产生了一个封闭的环或简并线，而不是离散的点。在这里，我们回顾了实验证实和理论预测的拓扑节线半金属，特别侧重于在各种材料中的节线的对称性保护机制。三种不同的机制：讨论了反演和时间反演对称性、镜像反射对称性和非对称对称性的组合，以及它们在自旋轨道耦合作用下的鲁棒性。我们还提出了一种新的外尔节线材料，Te平方网化合物KCu $_2$ EuTe $_4$，它有几个外尔节线，包括一个非常接近费米能级（$<$ 30 meV低于E $_F$）。最后，我们讨论了潜在的实验签名观察奇异属性的节线物理。
2017-11-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Disorder-induced subgap states and Majorana zero-energy edge modes in two-dimensional topological insulator-superconductor hybrid structures
与普遍认为的在二维拓扑绝缘体（TI）-超导体（SC）混合结构中作为束缚边态存在的Majorana零能模不受安德森定理的非磁性静态无序的影响相反，我们表明，这种对无序的保护并不存在于现实的多通道TI/SC/铁磁绝缘体（FI）三明治结构的实验相关性，因为时间-反转对称性在端Majorana模（MM）所在的SC/FI界面处被明确地局部破坏。我们发现，虽然MM本身和TI内的\emph{bulk}拓扑超导相确实普遍受到保护，不受无序，无序诱导的亚能隙状态一般在TI边缘引入由于FI/SC接口的存在，只要多个边缘通道被占用。我们讨论的影响，发现在现实的TI/SC/FI实验系统的边缘MM的检测和操作。
2014-11-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Topological Crystalline Insulator Nanostructures
拓扑晶体绝缘体是表面态受晶体对称性而非时间反演对称性保护的拓扑绝缘体。与第一代三维拓扑绝缘体如Bi 2Se 3和Bi 2 Te 3类似，拓扑晶体绝缘体也具有具有奇异电子性质的表面态，如自旋-动量锁定和狄拉克色散。迄今为止实验验证的拓扑晶体绝缘体是SnTe、Pb 1-xSnxSe和Pb 1-xSnxTe。由于拓扑保护来自晶体对称性，因此磁性杂质或面内磁场不会在拓扑晶体绝缘体中的表面态中打开能隙。此外，因为它们是立方结构而不是层状结构，所以分支结构或与其他材料的强耦合以获得大的邻近效应是可能的，这对于层状Bi 2Se 3和Bi 2 Te 3是困难的。因此，可以追求在三维拓扑绝缘体中无法实现的附加基本现象。在这篇综述中，拓扑晶体绝缘体SnTe纳米结构将被讨论。为了比较，将覆盖基于SnTe薄膜的实验结果。拓扑晶体绝缘体的表面态性质将简要讨论。
2014-10-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
