Topological Dirac and Weyl semimetals, which support low-energy quasiparticles in condensed matter physics, are currently attracting intense interest due to exotic physical properties such as large magnetoresistance and high carrier mobilities. Transition metal diarsenides such as MoAs2 and WAs2 have been reported to harbor very high magnetoresistance suggesting the possible existence of a topological quantum state, although this conclusion remains dubious. Here, based on systematic angle-resolved photoemission spectroscopy (ARPES) measurements and parallel first-principles calculations, we investigate the electronic properties of TAs2 (T = Mo, W). Importantly, clear evidence for switching the single-Dirac cone surface state in MoAs2 with the cleaving plane is observed, whereas a Dirac state is not observed in WAs2 despite its high magnetoresistance. Our study thus reveals the key role of the terminated plane in a low-symmetry system, and provides a new perspective on how termination can drive dramatic changes in electronic structures.
In-Plane Orbital Texture Switch at the Dirac Point in the Topological Insulator Bi2Se3
拓扑绝缘体是一种新的宏观量子力学相，它有望实现物理学中一些最奇异的粒子，并在自旋电子学和量子计算中得到应用。在所有已知的拓扑绝缘体中，强的自旋轨道耦合对于受保护的无质量表面态的产生至关重要。因此，狄拉克态的完整描述应该包括波函数的自旋和轨道（空间）部分。对于具有单个狄拉克锥的材料家族，理论和实验在定性上一致，表明拓扑状态具有改变狄拉克点（DP）手性的手性自旋纹理，但它们在自旋如何极化方面存在定量差异。有限的现有理论思想预测手性本地轨道角动量的DP的两侧。然而，既没有直接的测量，也没有计算确定空间波函数的全局对称性。在这里，我们提出的第一个结果，从角分辨光电发射实验和第一性原理计算，都表明，与目前的预测相反，面内轨道波函数的表面状态的Bi 2 Se 3是不对称的相对于DP，切换从切向的DP以上的k-空间恒定能量表面，被径向的DP以下。由于轨道纹理切换恰好发生在DP，这种效应应该是拓扑物理学所固有的，构成了拓扑狄拉克态描述中一个重要但缺失的方面。我们的研究结果还表明，自旋织构可能比以前报道的更复杂，有助于调和早期相互矛盾的自旋分辨测量。
Tunable plasmon modes and topological transitions in single- and bilayer semi-Dirac materials
University of Regensburg（雷根斯堡大学）；Instituto de Estructura de la Materia, CSIC（物质结构研究所，西班牙国家研究委员会）；Escuela Superior Politécnica del Litoral（拉蒂拉尔高等理工学院）；Universidad Complutense（康普顿斯大学）
Direct Observation of Magnon Modes in Kagome Artificial Spin Ice with Topological Defects
我们研究了人工自旋冰（ASI）的自旋动力学，其中拓扑缺陷限制磁振子模式在Ni $_{81}$ Fe $_{19}$纳米磁体排列在一个互连的kagome晶格。利用布里渊光散射显微镜对磁无序态进行研究，发现磁振子共振依赖于磁力显微镜检测到的拓扑缺陷结构。在实验和模拟中，狄拉克弦上的纳米磁体和反狄拉克对之间的纳米磁体在磁振子频率上都显示出明显的变化。我们的工作是通过微波辅助开关和基于ASI的可重编程磁振子来创建和湮灭狄拉克弦的关键。
Magnetization-tuned topological quantum phase transition in MnBi2Te4 devices
近年来，内禀磁性拓扑绝缘体MnBi 2 Te 4由于在实现量子反常霍尔效应（QAHE）、轴子绝缘体态、高Chern数高温Chern绝缘体态等奇异拓扑量子态方面的巨大成功，引起了人们极大的研究兴趣。该领域的一个关键问题是有效地操纵这些状态并控制拓扑相变。在这里，通过系统的角度相关的输运测量，我们揭示了一个磁化调谐的拓扑量子相变从陈绝缘体的磁性绝缘体与带隙的狄拉克表面态的MnBi 2 Te 4设备。具体地，当磁场远离面外方向倾斜大约40-60度时，霍尔电阻偏离量化值，并且检测到巨大的各向异性磁阻。基于修正的Landauer-Buttiker理论的理论分析表明，场倾斜驱动的铁磁态到倾斜反铁磁态的转变在MnBi 2 Te 4器件中引起了从Chern绝缘体到具有带隙Dirac表面态的磁绝缘体的拓扑量子相变.我们的工作为拓扑量子态和拓扑量子相变的调制提供了一种有效的手段。
Quantum Hall effect and Landau levels in the 3D topological insulator HgTe
我们回顾了低场和高场磁输运在80 nm厚的应变碲化汞，一种材料，属于类强三维拓扑绝缘体。利用顶栅，费米能级可以从价带经由狄拉克表面态调谐到导带，并且允许在不同种类的载流子有助于磁输运的情况下研究朗道量子化。朗道扇形图绘制了整个磁场-栅极电压范围内的电导率$ σ_{xx}(V_g, B) $，根据参与载流子种类的状态，可分为六个区域。主要调查结果如下：（i）体空穴（自旋简并）和狄拉克表面电子（非简并）的相互作用，对于$ E_F $共存于价带中，导致奇数和偶数填充因子之间的周期性切换，从而导致奇数和偶数量子化霍尔电压值之间的周期性切换。(ii)我们在狄拉克表面和导带电子共存的情况下也发现了类似但不太明显的行为。(iii)在体隙中，顶面上的量子化狄拉克电子与底面上的非量子化狄拉克电子在较低的B处共存，从而产生量子霍尔平台值，其取决于-对于给定的填充因子-磁场强度。在较强的$ B $场中，朗道能级分离增加，不同载流子物种之间的电荷转移在能量上变得有利，并导致全局（即，涉及顶表面和底表面）量子霍尔态的形成。使用最简单的理论方法的模拟是符合基本的实验结果，正确地描述了我们的多组分电荷载流子系统的各个领域从经典到量子输运的过渡的中心特征。
Single and bilayer graphene on the topological insulator Bi$_2$Se$_3$: Electronic and spin-orbit properties from first principles
我们详细研究了单层和双层石墨烯在拓扑绝缘体Bi $_2$ Se $_3$附近的电子和自旋轨道性质。我们的方法是基于第一性原理计算，结合对称导出的模型哈密顿量，捕捉低能带特性。我们考虑单层和双层石墨烯上的1- 3五重层的Bi $_2$ Se $_3$和提取轨道和邻近诱导的自旋轨道耦合（SOC）参数。我们发现，石墨烯得到显着的空穴掺杂（350毫电子伏），但线性色散被保留。邻近感生SOC参数的幅度约为1 meV，是谷塞曼型。诱导的SOC弱依赖于Bi $_2$ Se $_3$的五重层数。我们还研究了横向电场的效果，即施加在单层和双层石墨烯的异质结构上方的1个五重层的Bi $_2$ Se $_3$。我们的研究结果表明，能带偏移，以及邻近诱导SOC参数可以调整的字段。最有趣的是双层石墨烯的情况下，其中的带隙，起源于异质结构的本征偶极子，可以关闭和重新打开，与反转带字符。强邻近SOC从传导到价带的切换实现了自旋轨道阀。此外，我们发现当我们将石墨烯和Bi $_2$ Se $_3$之间的层间距离仅减小10%时，邻近诱导的SOC的巨大增加约为200%。最后，对于不同的衬底材料Bi $_2$ Te $_2$ Se，带偏移显著不同，其中石墨烯狄拉克点位于费米能级处，而与Bi $_2$ Se $_3$衬底相比，感生的SOC强度在量值上保持相似。
Bilateral hydrogenation induced high-Chern-number quantum anomalous Hall state in monolayer Cr$_2$Ge$_2$Te$_6$
University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）；Chinese Academy of Sciences（中国科学院）；Beihang University（北京航空航天大学）；National Center for Nanoscience and Technology, Chinese Academy of Sciences（中国科学院国家纳米科学中心）；Huairou National Comprehensive Science Center（怀柔国家综合科学中心）
