Tunable Dirac interface states in topological superlattices
相对论性狄拉克费米子在凝聚态物理中是普遍存在的。它们的质量与材料的能隙成比例，并且控制和调节质量的能力已经成为设计模拟高能粒子的量子现象并提供新的器件功能的必要工具。在拓扑绝缘体薄膜中，新的物质态可以通过杂化材料表面的无质量狄拉克态而产生。在这项工作中，我们从实验和理论上介绍了一个平台，这种杂交可以不断调整：Pb 1-xSnxSe拓扑超晶格。在该系统中，拓扑狄拉克态发生在拓扑晶体绝缘体Pb 1-xSnxSe和平凡绝缘体之间的界面处，以外延堆叠在彼此顶部上的拓扑量子阱（TQW）的形式实现。使用高品质的MBE生长的Pb 1-xSnxSe超晶格的磁光透射光谱，我们表明，穿透深度的TQW界面态，因此他们的狄拉克质量是连续可调的温度。这为设计拓扑系统的狄拉克质量提供了一条新的途径，并为利用Pb 1-xSn xSe拓扑超晶格实现物质的突现量子态铺平了道路。
2018-08-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Topological charges of three-dimensional Dirac semimetals with rotation symmetry
一般来说，能带交叉点的稳定性表明存在与之相关的量子化拓扑数。特别是最近在Na $_{3}$ Bi和Cd $_{3}$ As $_{2}$中发现的三维狄拉克半金属，证明了只要在时间反演和反转对称性之外补充某些晶体对称性，具有四重简并的狄拉克点就可以是稳定的。然而，与Na $_{3}$ Bi和Cd $_{3}$ As $_{2}$相关的拓扑电荷尚未阐明。在这项工作中，我们确定了三维狄拉克点的拓扑荷。结果发现，虽然同时存在的时间反演和反转对称性的力量，净手征电荷消失，一个狄拉克点可以携带另一个量子化的拓扑电荷时，考虑额外的旋转对称性。两个不同的类狄拉克半金属的确定取决于旋转对称性的性质。首先，传统的对称旋转对称性与反转交换，产生了在旋转轴上有一对狄拉克点的I类狄拉克半金属。由于每对狄拉克点的拓扑荷具有相反的符号，因此需要对创建或对湮灭来改变动量空间中狄拉克点的数量。另一方面，第二类狄拉克半金属具有一个孤立的狄拉克点在一个时间反演不变的动量，这是保护的螺旋旋转。螺旋旋转的非对称性质允许旋转和反转对称之间的反对易关系，这使得能够避免狄拉克点的数量加倍，并在布里渊区边界处创建单个狄拉克点。
2015-10-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Dimensional Crossover and Topological Phase Transition in Dirac Semimetal Na3Bi Films
三维拓扑狄拉克半金属材料在减薄到二维几层时，由于量子限域效应将具有带隙的狄拉克节点，并伴随着量子自旋霍尔绝缘体相的出现.然而，三维到二维的交叉和相关的拓扑相变，这是有价值的理解拓扑量子相位，仍然没有探索。在这里，我们在石墨烯上合成了高质量的具有R3*R3重构的Na 3Bi薄膜，并通过扫描隧道显微镜/光谱结合第一性原理计算系统地表征了其厚度依赖的电子和拓扑性质。我们证明了狄拉克间隙出现在Na 3Bi薄膜，提供了从三维半金属到二维拓扑绝缘体的空间交叉的光谱证据。重要的是，狄拉克间隙被发现是相当大的幅度3和4单层（72和65毫电子伏，分别）与拓扑非平凡的边缘状态。此外，Na_3Bi薄膜的费米能可以通过一定的生长工艺进行调节，从而为实现电荷中性传输提供了一种可行的方法。控制Dirac能隙开放和电荷中性的可行性使得在Na 3Bi薄膜中实现本征高温QSH效应并在拓扑器件中获得潜在的应用。
2019-08-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Semiconductor, topological semimetal, indirect semimetal, and topological Dirac semimetal phases of Ge$_{1-x}$Sn$_{x}$ alloys
用非局域经验赝势方法研究了Ge $_{1-x}$ Sn $_{x}$合金（0 $\leq$ $x$ $\leq$ 1）的电子结构.对于弛豫的Ge $_{1-x}$ Sn $_{x}$，发现$\textit x$ $>$ 41 $\%$在$Γ$点为拓扑半金属，具有无带隙和带反转，而在$x$ = 8.5 $\%$处存在间接-直接带隙跃迁.对于Ge衬底上的应变Ge $_{1-x}$ Sn $_{x}$，$x$ $>$ 43 $\%$出现具有负间接带隙的半金属，并且对于$x$ $<$ $\%$，Ge上的应变Ge $_{1-x}$ Sn $_{x}$总是间接带隙半导体。在适当的双轴压缩应变下，发现了拓扑狄拉克半金属，在$Γ$处有能带反转，沿[001]方向有一对狄拉克锥.
2017-02-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Topological tuning in three-dimensional Dirac semimetals
用第一性原理方法研究了三维Dirac半金属中体材料和表面材料之间的相互作用。通过结合密度泛函理论与相干势近似，我们揭示了一个拓扑相变在钠$_3$ Bi $_{1-x}$ Sb $_{x}$和镉$_3$ [As $_{1-x}$ P $_x$ ] $_2$合金，其中的材料从狄拉克半金属到一个平凡的绝缘体改变Sb或P的浓度。调整的组成，使我们能够工程的位置，大量狄拉克点在倒易空间。有趣的是，相变与导带和价带之间的带序的反转相一致。
2014-12-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Observation of anisotropic Dirac cones in the topological material Ti2Te2P
三维系统中的各向异性体Dirac（或Weyl）锥是一类具有倾斜Dirac（或Weyl）锥的材料，它们破坏了Lorentz不变性，因此近年来引起了人们的广泛关注。相反，对拓扑材料中各向异性表面狄拉克锥的研究却很有限，而狄拉克锥对载流子迁移率的贡献是各向异性的。利用角分辨光电子能谱和第一性原理计算，揭示了辉碲铋矿材料Ti_2Te_2P在布里渊区（001）面上的各向异性表面狄拉克色散.我们观察到在布里渊区M点处的准椭圆费米口袋，形成各向异性表面狄拉克锥。我们的计算的Z2指数证实，该系统是拓扑非平凡的多个拓扑相在同一材料。此外，观测到的体带形成的类螺旋线特征使该系统具有丰富的拓扑结构。
2022-09-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast electron dynamics at the Dirac node of the topological insulator Sb$_2$Te$_3$
拓扑绝缘体是物质的一种新的量子态。它们的表面和界面作为一个拓扑边界，产生无质量的狄拉克费米子与自旋螺旋纹理。研究狄拉克点附近的费米子动力学对拓扑绝缘体自旋电子器件的未来发展至关重要。然而，迄今为止的研究一直是不令人满意的，因为大量的重叠与体价带和缺乏一个完全未被占用的狄拉克点（DP）。在这里，我们探索表面狄拉克费米子动力学的TI Sb $_2$ Te $_3$的时间和角度分辨光电子能谱（TRARPES）。Sb $_2$ Te $_3$具有完全位于费米能（$E_F$）之上的DP，具有带隙内DP。上狄拉克锥中的受激电子比狄拉克点以下的受激电子停留更长的时间，以形成反转的布居。这归因于DP附近的态密度（DOS）降低。
2015-07-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Discovering new two-dimensional topological insulators from computational screening
我们采用密度泛函理论从计算二维材料数据库（C2 DB）中对拓扑二维材料进行了计算筛选。本文提出了一种直接从Kohn-Sham轨道计算混合Wannier函数的完整的\textit{ab initio}方法，并利用该方法计算了3331个二维系统的$\mathbb{Z}_2$指数、Chern数和Mirror Chern数。我们总共发现了46个量子自旋霍尔绝缘体、7个量子异常霍尔绝缘体和9个晶体拓扑绝缘体，预计它们都是动态稳定的。其中大约三分之一是在筛查之前就知道的。最有趣的新型拓扑绝缘体进行了更详细的研究。我们表明，计算的量子反常霍尔绝缘体的拓扑指数是高度敏感的近似用于交换相关功能和可靠的预测这些材料的拓扑性质，因此需要超越密度泛函理论的方法。我们还进行了$GW$计算，得到的量子自旋霍尔绝缘体PdSe $_2$在MoS $_2$晶体结构的间隙为0.65 eV。这明显高于任何已知的2D拓扑绝缘体，并且比Kohn-Sham间隙大三倍。
2019-03-06 cond-mat.mtrl-sci
Experimental Observation of Bound States of 2D Dirac Electrons at Surface Steps of the Topological Insulator Bi$_2$Se$_3$
三维拓扑绝缘体的拓扑保护表面态为研究二维无质量狄拉克电子提供了一个模型框架。通常把拓扑绝缘体表面的台阶当作狄拉克电子的散射体，研究其效应主要集中在入射电子和散射电子的干涉上。然后，一个主要的作用是远离狄拉克点的狄拉克锥的翘曲。在狄拉克点附近的台阶的存在所带来的另一个显着的效果的存在，实验证明在这里。即台阶附近的能带弯曲导致相应势阱中一维束缚态的形成。本文报道了我们在拓扑绝缘体Bi $_2$ Se $_3$表面的扫描隧道显微镜和光谱研究中观察到的这种势阱中的束缚态。数值模拟支持我们的结论，并提供了一个配方，识别这样的状态。
2019-01-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Topological Control: Systematic control of topological insulator Dirac fermion density on the surface of Bi2Te3
三维（3D）拓扑绝缘体是具有自旋-轨道诱导的体绝缘带隙的量子材料，其在不存在外加磁场的情况下表现出量子霍尔现象。拓扑绝缘体在器件几何结构中的拟议应用依赖于在狄拉克节点附近调节其表面上的化学势的能力。在这里，我们展示了一套基于光掺杂和分子掺杂相结合的表面控制方法，以系统地调整Bi 2 Te 3的拓扑（111）表面上的狄拉克费米子密度。它们的功效通过使用高分辨率角分辨光电子能谱（ARPES）的直接电子结构拓扑测量来证明。这些结果为探索Bi 2 Te 3表面Dirac电子的拓扑行为提供了新的机会。这里所示的方法中的至少一种可以成功地应用于其他拓扑绝缘体，例如Bi{1-x}Sb{x}、Sb 2 Te 3和Bi 2Se 3，这些将在别处示出。更重要的是，我们的拓扑表面状态操纵的方法在这里展示了非常适合未来的拓扑现象，这将补充从传统的电门控技术获得的传输结果的光谱研究。
2009-07-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Topological Dirac semimetal phases in InSb/$α$-Sn semiconductor superlattices
基于先进的第一性原理计算和低能$k\cdot p$理论，我们从理论上证明了在InSb/$α$-Sn常规半导体超晶格中Dirac半金属相和拓扑绝缘体相的共存.通过适当的界面设计，当沿{[}111{]}方向生长时，会出现较大的界面极化。这种本征极化静电场的存在大大减小了带隙，最终导致能带结构反转，形成了拓扑Dirac半金属相，在$Γ$点附近沿（111）晶向出现了一对Dirac节点。在（100）投影面上观察到清晰的表面态和费米弧。此外，我们还发现了一个二维的拓扑绝缘体相，其非平凡带隙接近70 meV，这使得在室温下观察到量子自旋霍尔效应成为可能.我们的建议为通过适当的界面设计实现在传统半导体超晶格中共存的拓扑非平凡相铺平了道路。
2016-07-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Resolving the Dirac Cone on the Surface of Bi2Te3 Topological Insulator Nanowires by Field-Effect Measurements
我们验证了线性色散关系，并通过场效应和磁阻测量相结合，我们明确地证明了纳米线表面态的拓扑绝缘体性质的一个单一的Bi2Te3纳米线的表面上解决狄拉克锥。此外，我们表明，实验确定的载流子浓度，迁移率和表面态的回旋质量与相对论模型非常吻合。我们的方法提供了一种简便的方法来识别拓扑绝缘体，太小的角度分辨光电发射光谱。
2014-05-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Engineering and probing topological properties of Dirac semimetal films by asymmetric charge transfer
狄拉克半金属（DSM）具有拓扑鲁棒的三维狄拉克（双Weyl）节点与费米弧状态。在包括DSM的异质结构中，电荷转移发生在界面处，这可以用于通过表面-体连接来探测和控制它们的体和表面拓扑性质。在这里，我们证明，尽管在DSM膜的带隙，在表面的不对称电荷转移，使人们能够准确地识别位置的Dirac节点的投影从无隙带交叉，并检查和工程师的拓扑费米弧表面状态连接的投影，通过模拟adatom吸附DSM膜使用第一原理方法与有效的模型。除了极薄的薄膜之外，Dirac节点投影的位置对电荷转移量或板厚度不敏感。通过改变电荷转移的量，独特的自旋纹理附近的投影和费米弧状态之间的分离的变化，这可以通过门没有吸附原子观察到。
2016-09-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Generalization of the Nested Wilson Loop Formalism in Topological Dirac Semimetals with Higher-order Fermi Arcs
本研究将嵌套威尔逊环形式体系推广到含高阶拓扑的非对称材料，发现广义嵌套贝里相位是三维狄拉克半金属高阶费米弧存在的体拓扑指标，通过第一性原理计算验证了体-棱对应关系，为非对称体系高阶拓扑研究提供通用方法。
2023-08-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Visualizing the interplay of Dirac mass gap and magnetism at nanoscale in intrinsic magnetic topological insulators
在内禀磁性拓扑绝缘体中，狄拉克表面态能隙是量子反常霍尔态和轴子绝缘态的先决条件。然而，要在非纳米比亚实验性的基础上确定这些差距，已证明是一项挑战。在这里，我们使用分子束外延生长本征MnBi_2 Te_4薄膜。使用扫描隧道显微镜/光谱，我们直接可视化狄拉克质量间隙和它的消失低于和高于磁序温度。我们进一步揭示了狄拉克质量间隙和局部磁缺陷的相互作用。我们发现，在高缺陷区，狄拉克质量间隙崩溃。从头算和耦合狄拉克锥模型计算提供了深入了解缺陷密度和空间间隙变化之间的相关性的微观起源。该工作提供了明确的识别的狄拉克质量间隙在MnBi 2 Te 4，并通过揭示其间隙变化的微观起源，建立了一个材料设计原则，实现奇异态的内禀磁性拓扑绝缘体。
2022-08-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Topological Insulator State due to Finite Spin-Orbit Interaction in an Organic Dirac Fermion System
最近，Valenti等人指出了有机材料中自旋-轨道相互作用（SOI）的重要性，并根据小SOI带隙解释了狄拉克半金属α-（BEDT-TTF）2 I3在低温下的异常绝缘行为。我们提出了一个具有合理SOI耦合的晶格模型，并指出带隙态是一个拓扑绝缘体。该模型是石墨烯的Kane-Mele模型的有机类似物。
2018-04-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Transport of Massless Dirac Fermions in Non-topological Type Edge States
固体中有两种本征表面态。第一种是在拓扑绝缘体表面形成的。最近，无质量狄拉克费米子在“拓扑”态带中的输运已经被证明。第二种状态很久以前就被塔姆和肖克利预言了。它们没有拓扑背景，因此强烈依赖于表面的属性。通过直接输运实验研究了Tamm-Shockley边缘态的电导率问题。Aharonov-Bohm磁振荡的电阻被发现在石墨烯样品，包含一个单一的纳米孔。这种效应可以用无质量狄拉克费米子在边缘态绕纳米孔循环的电导率来解释。结果表明，在二维无质量狄拉克费米子系统中，拓扑和非拓扑边态之间存在着深刻的联系。
2015-03-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Observation of three-dimensional Dirac semimetal state in topological insulator Bi2Se3
预测了三维拓扑绝缘体在拓扑到平凡相变的临界区域中表现出三维Dirac半金属态。在这里，我们展示了第一个实验证据的三维狄拉克半金属态的拓扑绝缘体Bi 2 Se 3与体载流子浓度为~ 10 ^19 cm^{-3}，使用磁输运测量。在低温下，我们的Bi 2Se 3晶体的电阻率表现出明显的Shubnikov-de Haas（SdH）振荡高于6 T。通过Lifshitz-Onsanger和Lifshitz-Kosevich理论对这些振荡的分析揭示了来自3D能带的非平凡π Berry相位，这是3D Dirac半金属态的决定性特征。我们的晶体中的Dingle温度和自然硒空位的大值表明，所观察到的3D狄拉克半金属态是增强的应变场和较弱的有效自旋轨道耦合的结果。
2015-04-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Quantum-inspired Chemical Rule for Discovering Topological Materials
Anhui University（安徽大学）；University of Alabama at Birmingham（阿拉巴马大学伯明翰分校）；Shenzhen University（深圳大学）；Xiamen University（厦门大学）
研究旨在发现拓扑材料，通过开发混合量子-经典神经网络将启发式拓扑性规则扩展为量子启发公式，能高效且可推广地进行拓扑分类，经验证发现五种未报道的拓扑化合物。
2026-07-07 cond-mat.mtrl-sci
New topological surface state in layered topological insulators: unoccupied Dirac cone
用密度泛函理论研究了拓扑绝缘体Bi_2Se_3、PbSb_2Te_4和Pb_2Bi_2Te_2S_3中的未占态.结果表明，在这些绝缘体（0001）表面布里渊区中心的反向导带能隙中出现了线性色散的表面态。Z_2不变量的另一种表达式使我们能够证明第二个Gamma Dirac锥存在的一个必要条件是在体谱的时反不变动量点处存在局域能隙，并且其中一个点的宇称发生了变化。
2013-03-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Dirac nodal line metal for topological antiferromagnetic spintronics
拓扑反铁磁自旋电子学是一个新兴的研究领域，它利用Néel矢量来控制拓扑电子态和相关的自旋相关输运性质。最近发现的Néel自旋轨道力矩已经被提出来电操纵反铁磁体中的狄拉克带交叉;然而，在实践中实现这些特性的可靠AFM材料缺失。在这里，我们预测，室温AFM金属MnPd $_{2}$允许电控制的狄拉克节线的Néel自旋轨道扭矩。基于第一性原理密度泛函理论的计算，我们证明了Néel矢量的重新取向导致了费米能级处的色散Dirac节线的带隙态和受保护的简并态之间的转换.计算出的自旋霍尔电导率强烈依赖于Néel矢量取向，并可用于实验检测使用建议的自旋轨道扭矩设备的预测效果。我们的研究结果表明，原子力显微镜狄拉克节线金属锰钯$_{2}$代表了一个有前途的材料的拓扑原子力显微镜自旋电子学。
2019-01-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Topological Nodal Line Semimetal and Dirac Semimetal State in Antiperovskite Cu$_3$PdN
基于第一性原理计算和有效模型分析，我们提出了立方反钙钛矿材料Cu $_3$ PdN在忽略自旋轨道耦合（SOC）时，由于时间反演和反转对称性的共存，可以保持三维拓扑节线半金属态.由于立方对称性，总共有三个节线圆。还导出了“鼓头”状表面平坦带。当包含SOC时，每个节线演化为一对受C $_4$晶体对称性保护的稳定的3D狄拉克点。这与迄今已知的狄拉克半金属，如Na $_3$ Bi和Cd $_3$ As $_2$，都只有一对狄拉克点有显著的区别。一旦C $_4$对称性被破缺，狄拉克点被带隙，系统成为具有（1;111）Z $_2$指数的强拓扑绝缘体。
2015-05-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Single-Dirac-Cone topological surface states in TlBiSe2 class of Topological Insulators
我们研究了几种与（Pb，Sn）Te系列化合物有关的强自旋-轨道耦合三元硫族化合物。我们的第一性原理计算预言低温菱面体有序相TlBiTe 2，TlBiSe 2和TlSbX 2（X=Te，Se，S）在拓扑上是Kane-Mele Z2 = -1非平凡的。通过第一性原理表面态计算，我们确定了实现单狄拉克锥的特定表面终止。这种终止最大限度地减少了悬挂键的影响，使其有利于光电发射（ARPES）实验。我们的分析预测，这些材料的薄膜将具有新颖的二维量子自旋霍尔态，并支持奇宇称拓扑超导性。有关相关工作，请参阅arXiv：1003.2615v1。实验ARPES结果将在其他地方发表。
2010-07-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Topological invariants for three dimensional Dirac semimetals and four dimensional topological rotational insulators
狄拉克半金属是一类由某些类型的晶体对称性保护的半金属相，其低能有效哈密顿量由三维（3D）狄拉克方程描述。尽管有各种理论研究，但描述狄拉克半金属拓扑性质的理论尚未完全建立。在这篇工作中，我们通过在四维（4D）中建立3D Dirac半金属和拓扑晶体绝缘体之间的映射，定义了3D Dirac半金属的拓扑不变量。我们证明了这一计划，通过构建一个紧束缚模型的4D拓扑晶体绝缘体的旋转对称性的保护。一种新的拓扑不变量，“旋转陈数”，被证明是该系统的拓扑特征。作为旋转陈数的结果，在这个4D系统的3D表面上发现了无间隙的狄拉克点。对于具有两个表面的平板，我们发现相应的两个表面态的低能有效理论可以直接映射到3D Dirac半金属的低能有效理论，这表明3D Dirac半金属的拓扑性质可以用4D中定义的转动Chern数来表征.我们的方案提供了一个新的系统的方法来提取拓扑半金属相的拓扑性质。
2016-05-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Phonon-induced topological transitions and crossovers in Dirac materials
我们发现，电子-声子相互作用可以改变狄拉克绝缘体和半金属的拓扑性质，在零和非零温度。与普遍认为温度升高总是会使拓扑相不稳定相反，我们的研究结果突出了声子可能导致拓扑表面态出现在具有拓扑平凡基态的材料中的交叉温度以上的情况。
2013-01-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Topological phase transition in Dirac fermionic heterostructures
在电子结构中具有非平凡拓扑结构的材料强制螺旋狄拉克费米子表面态的存在。我们在拓扑绝缘体和能带绝缘体层的堆叠结构中发现了涌现的拓扑相，其中表面狄拉克费米子以特定的螺旋度顺序相互作用。使用第一性原理计算和模型拉格朗日，我们明确证明了这种螺旋度有序发生在三元硫属化合物的实际材料中，并决定了它们的拓扑绝缘相。我们的研究结果揭示了丰富的集体性质的相互作用表面狄拉克费米子，并铺平了道路，利用拓扑相的技术设备，如非易失性存储器。
2012-06-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Discovery of a Three-dimensional Topological Dirac Semimetal, Na3Bi
三维（3D）拓扑狄拉克半金属（TDS）代表了一种新的量子物质状态，可以被视为“3D石墨烯”。与石墨烯中或3D拓扑绝缘体表面上的二维（2D）狄拉克费米子相反，TDS在体相中具有3D狄拉克费米子。TDS也是介导许多新量子态的重要边界态，例如拓扑绝缘体、Weyl半金属、轴子绝缘体和拓扑超导体。利用角分辨光电子能谱研究了Na_3Bi的电子结构，首次发现了沿所有动量方向线性色散的三维狄拉克费米子。此外，我们证明了三维狄拉克费米子在Na 3Bi的体晶体对称性的保护。我们的研究结果表明，Na 3Bi是第一个三维时域光谱的模型体系，它也可以作为一个理想的平台，系统地研究丰富新颖的拓扑量子态之间的量子相变.
2013-10-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
High order momentum topological insulator in 2D semi-Dirac materials
本文研究二维半狄拉克材料中仅单方向存在的各向异性边缘态，提出其拓扑保护源于动量参数化一维约化哈密顿量的Zak相位，并将其定义为高阶动量拓扑绝缘体，同时分析了无序鲁棒性及双端输运后果。
2024-06-12 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Dirac mass generation from crystal symmetry breaking on the surfaces of topological crystalline insulators
拓扑表面态（SS）的可调谐性和狄拉克能隙的可控打开是拓扑材料领域的重要研究内容。在拓扑晶体绝缘体（TCI）中，最近观察到自发产生的狄拉克能隙，这归因于立方晶体对称性破缺。然而，这种结构畸变迄今尚未被直接观察到，并且通过晶体对称性破缺打开狄拉克能隙的微观机制仍然难以捉摸。在这项工作中，我们提出了扫描隧道显微镜（STM）测量的TCI铅$_{1-x}$锡$_x$硒为广泛的合金组合物跨越拓扑和非拓扑制度。STM形貌直接揭示了表面上的破坏性扭曲，它将质量赋予了原本没有质量的狄拉克电子--这一机制类似于粒子物理学中长期以来备受追捧的希格斯机制。值得注意的是，我们的测量结果表明，狄拉克间隙尺度与合金成分，而失真的大小几乎保持不变。基于理论计算，我们发现狄拉克质量是由成分相关的SS渗透深度，这决定了重量的SS在扭曲的区域，被限制在表面控制。最后，我们发现在非拓扑区域中存在SS，它具有带隙的双支狄拉克费米子的特征。
2014-08-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Experimental observation and spin texture of Dirac node arcs in tetradymite topological metals
我们报告了一个非平凡的自旋纹理的狄拉克节点弧，新的拓扑对象形成时，狄拉克锥的无质量粒子沿着一个开放的一维线在动量空间中延伸。我们发现，这样的状态是存在于所有的碲铋矿M $_2$ Te $_2$ X家族的化合物（M $=$ Ti，Zr或Hf和X $=$ P或As），无论弱或强的拓扑不变量的字符。因此，碲铋矿中的狄拉克节点弧是具有单个自旋极化节点弧的I型狄拉克系统的最简单可能的教科书示例。
2021-05-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Single-Dirac-Cone topological surface states on pseudo-IV-VI-semimetal/semiconductors: Thallium-based III-V-VI2 Ternary Chalcogenides
我们已经研究了几个类的强自旋轨道硫族化物有关的（Pb，Sn）Te系列研究与狄拉克费米子物理在20世纪80年代。第一性原理计算表明，三元硫族化合物TlBiX $_2$和TlSbX $_2$（X=Te，Se，S）系列在某些选择性表面上具有单一狄拉克锥的小带隙拓扑绝缘体，而等结构和等电子的银基AgBiX $_2$和AgSbX $_2$（X=Te，Se，S）系列则没有。我们发现，几个Tl-化合物是在附近的拓扑临界点。我们确定精确的表面终止，实现了单一的狄拉克锥。单狄拉克锥表面被证明是相关的终止，最大限度地减少悬挂键合效应有利于ARPES实验。我们的结果进一步表明，这类拓扑半金属可能具有与CuxBi_2Se_3（T_c ~ 4K）类似的奇宇称拓扑超导体.
2010-03-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Helical Spin Order from Topological Dirac and Weyl Semimetals
我们研究了拓扑Dirac和Weyl半金属的动力学质量产生和由此产生的螺旋自旋序，包括量子自旋Hall绝缘体的边缘态、弱拓扑绝缘体的表面态和Weyl半金属的体材料.特别地，外尔半金属的螺旋自旋织构以可见的方式显示了外尔费米子的自旋-动量锁定。螺旋序的自旋波波动携带电荷密度;因此，可以以简单且可预测的方式电控制自旋织构。
2015-08-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Quantum confinement of the Dirac surface states in topological-insulator nanowires
三维（3D）拓扑绝缘体（TI）的非平凡拓扑决定了无隙狄拉克表面态的出现。有趣的是，当将3D TI制成纳米线时，由于量子限制，在狄拉克点处打开了一个间隙，导致了奇特的狄拉克子能带结构。该间隙可用于，例如，基于TI的未来马约拉纳量子比特。此外，这些狄拉克子带可以由磁通量操纵，并且是产生稳定的马约拉纳零模（MZM）的理想平台，其在拓扑量子计算中起关键作用。然而，到目前为止，还没有直接的证据，在TI纳米线的狄拉克子带。在这里，我们表明，通过生长非常薄（$\sim$ 40 nm直径）的体绝缘拓扑绝缘体（Bi $_{1-x}$ Sb $_x$）$_2$ Te $_3$的纳米线，并通过调整其化学势的狄拉克点与门控，可以明确地识别狄拉克子能带结构。具体而言，栅极可调四端器件上测得的电阻被发现呈现非等距峰作为栅极电压的函数，我们理论上证明这是量子限制狄拉克表面态的独特签名。这些TI纳米线开辟了解决拓扑介观物理学的道路，并最终通过$s$波超导体接近时的马约拉纳物理学。
2019-10-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Multiple Dirac Cones and Topological Magnetism in Honeycomb-Monolayer Transition Metal Trichalcogenides
单层石墨烯的发现开创了现代凝聚态物理的两个丰富领域：狄拉克半金属和原子级薄层材料。当这些趋势在具有自旋和轨道自由度以及强电子相关性的过渡金属化合物中再次相遇时，预计在物质拓扑态和莫特物理学的截面中会出现更多奇特的现象。在这里，我们表明，通过使用从头计算，单层形式的过渡金属trichalcogenides（TMTs），它具有蜂窝网络的过渡金属阳离子，可以表现出多个狄拉克锥与可调间隙的电子结构。此外，我们阐明了电子关联和载流子掺杂使多狄拉克半金属成为具有高陈数的拓扑铁磁体。我们的研究结果提出了蜂窝单层TMT的一个新的范式，探索相关的狄拉克电子和拓扑非平凡的磁性。反过来，这些材料独特的广泛特性将为原子级薄异质结构提供新的构建模块。
2018-05-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Topological Protected Dirac Cones in Compressed Bulk Black Phosphorus
使用k.p理论和第一性原理模拟，我们报告说，对黑磷施加中等压力（> 0.6 GPa）可以减小其带隙，并产生一维甚至二维（2D）狄拉克锥，使这种材料在新型非化合物拓扑绝缘体中脱颖而出。类似于拓扑绝缘体，这些二维狄拉克锥由两种竞争机制产生：独特的线性能带色散倾向于通过“伪自旋轨道”耦合打开带隙，而能带对称性要求保留材料的无带隙光谱。此外，这些独特的狄拉克锥是不需要时间反演对称性的体态，因此即使在存在表面或磁扰动的情况下，它们也是鲁棒的。最终，我们表明，我们的预测可以检测到材料的不寻常的朗道水平。
2015-01-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Mapping the Dirac fermions in intrinsic antiferromagnetic topological insulators (MnBi$_2$Te$_4$)(Bi$_2$Te$_3$)$_n$ (n=0, 1)
在MnBi $_2$ Te $_4$（Bi $_2$ Te $_3$）$_n$化合物中，具有内禀磁有序的拓扑表面态被预测为包含丰富的拓扑现象，包括量子化的反常霍尔效应和轴子绝缘体态.在这里，我们使用扫描隧道显微镜成像的表面狄拉克费米子在MnBi $_2$ Te $_4$和MnBi $_4$ Te $_7$。我们通过远高于Dirac能量的准粒子干涉图样确定了表面态的能量色散和螺旋自旋织构，证实了其拓扑性质。接近狄拉克点，在MnBi $_2$ Te $_4$七重层中的本征缺陷引起共振状态，其在空间上延伸并且潜在地阻碍光谱中的质量间隙的检测。我们的研究结果表明，调节缺陷是必不可少的，以实现奇异的拓扑状态，在这些化合物在较高的温度。
2020-01-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Crystalline topological Dirac semimetal phase in rutile structure $β'$-PtO$_2$
基于第一性原理计算和对称性分析，我们提出过渡金属金红石氧化物，特别是$β'$ -PtO $_2$，可以具有三维拓扑Dirac半金属相.我们发现，在忽略自旋轨道耦合的情况下，$β'$ -PtO $_2$具有节环结构.自旋-轨道耦合的消除使节环产生间隙，同时保留了一对由螺旋旋转对称性保护的三维狄拉克点。这个狄拉克点是由两个$d$带的带反转产生的，这是关联电子系统中DSM相的实现。此外，在动量空间中的镜面带有一个非平凡的镜像陈数$n_M = -2$，它将$β'$ -PtO $_2$与目前已知的狄拉克半金属如Na $_3$ Bi和Cd $_3$ As $_2$区分开来。如果我们施加一个扰动，打破旋转对称性，保持镜像对称性，狄拉克点是缺口和系统成为拓扑晶体绝缘体。
2019-01-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
CaTe: a new topological node-line and Dirac semimetal
近年来，拓扑半金属的研究引起了人们的极大兴趣。结合第一性原理计算和有效模型分析，我们预测在忽略自旋轨道耦合（SOC）的情况下，CaTe是拓扑结线半金属.我们还得到了具有鼓面特性的近平坦表面态。当包含SOC时，三条节点线沿$M-R$线演化为一对Dirac点。这些狄拉克点是鲁棒的，并且受到$C_{4}$旋转对称性的保护。一旦这种晶体对称性被打破，狄拉克点将被消除，系统成为强拓扑绝缘体。
2016-05-25 cond-mat.mtrl-sci
Dirac electron behavior and NMR evidence for topological band inversion in ZrTe5
本文报道了拓扑量子材料ZrTe $_5$的$^{125}$ Te核磁共振测量结果。自旋-晶格弛豫结果表明，随着温度的升高，ZrTe $_5$的拓扑结构由弱拓扑绝缘体向强拓扑绝缘体转变，并与$T$有关.电子结构计算证实了这种顺序，与已经提出的相反。NMR结果表明，在我们的晶体中，在Lifshitz转变温度$T_c=85$ K处发生无隙狄拉克半金属态。我们证明，在$T_c$的NMR位移的变化也提供了直接的证据，带反转时发生的拓扑相变。
2019-10-16 cond-mat.mtrl-sci
Coexistence of topological Dirac fermions in the surface and three-dimensional Dirac cone state in the bulk of ZrTe$_{5}$ single crystal
虽然关于ZrTe $_{5}$中电阻率异常的长期争论已告一段落，但其电子能带结构的确切拓扑性质至今仍是一个谜。理论计算预测，块体ZrTe $_{5}$是一个弱或强的三维（3D）拓扑绝缘体。然而，角分辨光电子能谱和输运测量清楚地证明了3D狄拉克锥态的体积中的价带和导带之间的小质量间隙。通过对ZrTe $_{5}$单晶的磁化强度和磁输运的测量，我们发现了由拓扑表面态产生的螺旋自旋织构和与体相三维Dirac锥态相关的手征异常.这意味着ZrTe $_{5}$是一种新型的3D拓扑绝缘体，在其体隙态中具有无质量的狄拉克费米子激发。然而，在材料科学中没有已知的3D拓扑绝缘体在其绝缘体块中保持线性能带色散。除了能带拓扑之外，从电阻率和霍尔测量中还可以明显看出，通过控制杂质和缺陷，电阻率中的异常峰可以移动到低得多的温度（$T$ $<$ 2 K）。
2016-08-24 cond-mat.mtrl-sci
A strong-topological-metal material with multiple Dirac cones
报道了一种新的、可劈裂的、强拓扑金属Zr_2Te_2P，它具有与拓扑绝缘体Bi_2Te_2Se相同的四元晶系晶体结构.然而，Zr2Te2P不是半导体，而是具有在费米能（EF）以上0.2和0.7 eV之间的赝能隙的金属。在这个赝隙内，两个狄拉克色散被预测：一个是表面起源的狄拉克锥保护的时间反演对称性（TRS），而另一个是批量起源和稍微有间隙的狄拉克锥，主要是线性色散超过2 eV的能量范围。第三个表面TRS保护的狄拉克锥的预测，并使用ARPES观察，使Zr2Te2P的第一个系统，实现TRS保护的狄拉克锥在M点。这种狄拉克锥的高各向异性与假设的狄拉克半金属BiO2中的各向异性相似。我们建议，如果EF可以调整到赝隙中的狄拉克色散存在，它可能会观察到的载流子迁移率和大的磁阻在这种材料。
2015-12-02 cond-mat.mtrl-sci
An isolated Dirac cone on the surface of ternary tetradymite-like topological insulators
我们已经将对拓扑绝缘体的研究扩展到三元类碲铋矿化合物M2 X2 Y（M = Bi或Sb; X和Y = S、Se或Te），它们是众所周知的二元化合物Bi 2Se 3和Bi 2 Te 3的变体。我们的第一性原理计算表明，五个现有的化合物是强拓扑绝缘体的表面上的一个狄拉克锥。特别是，化学计量的Bi 2Se 2S，Sb 2 Te 2Se和Sb 2 Te 2S被预测在它们的自然解理表面上具有孤立的狄拉克锥。这一发现为拓扑输运机制的实现铺平了道路。
2012-05-15 cond-mat.mtrl-sci
Thickness driven topological quantum phase transition and experimental evidence of Dirac semimetal state in Cr-doped Bi2Se3
在这份报告中，我们证明了在Cr掺杂的Bi 2Se 3的能隙关闭和重新打开振荡的方式与样品厚度的增加表示的拓扑量子相变由量子有限尺寸效应驱动。的振荡模式提供了一个证据，Cr掺杂的Bi_2Se_3可以有狄拉克半金属状态取决于样品的厚度和Cr含量。这解决了拓扑绝缘体在狄拉克点处非磁性能隙开放的难题。在狄拉克半金属态，由于能带的量子有限尺寸限制，可以打开一个能隙。此外，我们的室温ARPES测量揭示了拓扑量子相变之间的x = 0.06和x = 0.08在7个五重层Bi 2-xCrxSe 3没有铁磁性。
2017-11-06 cond-mat.mtrl-sci
Direct observation of decoupled Dirac states at the interface between topological and normal insulators
在拓扑绝缘体中的几种应用和奇异效应依赖于拓扑绝缘体和正常绝缘体之间界面处螺旋狄拉克态的存在。在本工作中，我们利用低能角分辨光电子能谱学对Si（111）衬底上生长的Bi $_2$ Se $_3$薄膜和Bi $_2$ Te $_3$ /Bi $_2$ Se $_3$异质结构的界面态进行了研究和表征。结果表明，狄拉克费米子确实存在于拓扑-正常-绝缘体边界，而不存在于拓扑-拓扑-绝缘体界面。此外，它表明，能带弯曲内存在的拓扑绝缘体膜导致的界面和表面态的能量的实质性分离。这些结果为进一步研究和实现拓扑绝缘体薄膜异质结构中的界面相关现象奠定了基础。
2013-11-02 cond-mat.mtrl-sci
Berry phase of non-ideal Dirac fermions in topological insulators
狄拉克费米子的一个显著特征是与它们的回旋运动相关的$π$的Berry相位。由于这种Berry相位可以通过分析Shubnikov-de Haas（SdH）振荡的朗道能级扇形图来实验评估，因此这种分析在最近的拓扑绝缘体输运研究中被广泛采用，以阐明表面态的Dirac性质。然而，报告的结果通常不令人信服。在这里，我们展示了一个一般的计划描述的相位因子的SdH振荡在现实的表面态的拓扑绝缘体，并演示了如何可以阐明狄拉克性质的真实实验数据。
2011-05-27 cond-mat.mtrl-sci
Electronic structure of a Si-containing topological Dirac semimetal CaAl2Si2
拓扑量子材料的发现掀起了一股热潮，各种各样的拓扑绝缘体和半金属已经被理论预测和实验观察到。然而，其中只有极少数含有电子工业中使用最广泛的元素硅。最近，三元化合物CaAl2Si2已被预测为拓扑狄拉克半金属，托管洛伦兹对称违反准粒子与强烈倾斜的锥形带色散。利用高分辨角分辨光电子能谱（ARPES）研究了CaAl2Si2的电子结构。沿着kz方向观察到一对拓扑狄拉克交叉，与从头计算结果吻合良好，证实了化合物的拓扑狄拉克半金属性质。我们的研究拓展了含硅化合物的拓扑材料家族，在实现低成本、无毒的拓扑量子态电子器件方面具有巨大的应用潜力。
2020-06-17 cond-mat.mtrl-sci
Fermi-crossing Type-II Dirac fermions and topological surface states in NiTe2
过渡金属二硫属化合物（TMD）为实验实现狄拉克费米子提供了一个理想的平台。然而，通常这些奇异的准粒子位于远离费米能级，限制了Dirac-like载流子对输运性质的贡献。在这里，我们表明，NiTe 2主机散装II型狄拉克点和拓扑表面状态。的基本机制是共享与其他TMD和基于通用的拓扑特征的Te p-轨道流形。然而，独特的NiTe 2，一个显着的贡献Ni d轨道状态的第二类狄拉克点的能量接近费米能级的移动。此外，拓扑表面状态之一相交的费米能，并表现出显着的120 meV的大自旋分裂。我们的结果使NiTe 2成为下一代自旋电子器件的令人兴奋的候选材料。
2019-12-18 cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast Energy- and Momentum-resolved Surface Dirac Photocurrents in the Topological Insulator Sb$_2$Te$_3$
利用时间分辨和角度分辨双光子光电子能谱结合偏振可变中红外脉冲激光，研究了拓扑绝缘体Sb $_2$ Te $_3$中表面Dirac光电流的能量-动量映射.它表明，从占据到未被占据的部分的表面Dirac锥的直接光学跃迁允许的线性和圆形的光电流效应，从而使我们能够相干控制的表面电流的激光偏振。此外，表面电流映射直接可视化狄拉克锥在时域中的超快电流动力学。我们分别揭示了非弹性散射和动量散射的超快带内弛豫动力学。我们的观测为拓扑绝缘体中表面狄拉克电子的相干光学控制铺平了道路。
2016-11-14 cond-mat.mtrl-sci
Dirac semimetal and topological phase transitions in A3Bi (A=Na, K, Rb)
三维狄拉克点是两个外尔点在动量空间中重叠的地方，通常是不稳定的，也很难实现。在这里，我们表明，基于第一性原理计算和有效的模型分析，结晶$A_3$ Bi（$A$ =Na，K，Rb）是狄拉克半金属与体3D狄拉克点的晶体对称性保护。它们在表面上具有非平凡的费米弧，并且可以通过明确的对称性破缺而被驱动到各种拓扑上不同的相。这类化合物具有巨抗磁性、线性量子磁电阻效应和量子自旋霍尔效应。
2012-05-24 cond-mat.mtrl-sci
Dirac fermion and superconductivity in two-dimensional transition-metal MOH (M= Zr, Hf )
新的二维狄拉克半金属的发现结合了超导性和拓扑能带结构，为实现狄拉克费米子和马约拉纳准粒子的有趣应用提供了一个新的平台，从纳米级的高速量子器件到拓扑量子计算。利用第一性原理计算和对称性分析，我们引入MOH（M= Zr，Hf）作为一种新的拓扑超导体，其Dirac点接近费米能级，并与近平边态相连，这是拓扑半金属的一个显著特征。我们的计算表明，ZrOH作为一个二维拓扑半金属可以表现出超导性，是一个新的平台，研究超导性和狄拉克态之间的相互作用，在低维材料。
2019-11-26 cond-mat.mtrl-sci
Elemental topological Dirac semimetal: α-Sn on InSb(111)
三维拓扑狄拉克半金属是研究奇异电子性质和拓扑相变的重要平台。TDS的一个典型特征是与费米能级附近的体电子态相关联的3D狄拉克费米子。利用角分辨光电子能谱（ARPES），我们在InSb（111）衬底上外延生长的α-Sn薄膜中观察到了这种体狄拉克锥，这是第一个以元素形式实现的TDS系统。第一性原理计算证实了外延应变是形成TDS相的关键。建立相图，其通过零间隙半金属相的奇点将3D TDS相连接到拓扑绝缘体（TI）相。随着膜厚度的减小，狄拉克锥的性质从3D跨越到2D。
2017-03-22 cond-mat.mtrl-sci
Direct observation and temperature control of the surface Dirac gap in the topological crystalline insulator (Pb,Sn)Se
自从拓扑绝缘体具有受保护的狄拉克表面态以来，人们一直在努力以可控的方式使这些态间隙化。拓扑晶体绝缘体（TCI）的发现开辟了实现这一目标的新途径，其中拓扑状态受到真实空间晶体对称性的保护，因此易于通过晶格的结构变化形成间隙。在这里，我们第一次展示了温度驱动的间隙开放狄拉克表面状态内的TCI阶段（铅，锡）硒。利用角分辨光电子能谱学，研究了能隙形成和质量获得随组分和温度的变化。由此产生的观测结果导致在（Pb，Sn）Se（001）的拓扑相图中，在无质量和有质量狄拉克态之间增加了一个依赖于温度和成分的边界。总的来说，我们的研究结果实验建立的可能性之间的无质量和大量的拓扑状态的拓扑系统的表面上进行调整。
2015-05-13 cond-mat.mtrl-sci
Observation of the topological Dirac fermions and surface states in superconducting BaSn3
拓扑电子结构与超导电性之间的相互作用引起了人们极大的兴趣，因为它们可以诱导出拓扑超导电性（TSCs），而TSCs可以用来实现量子计算中的拓扑量子比特。在众多的TSC候选材料中，超导BaSn_3（Tc ~ 4.4K）被预测为拓扑Dirac半金属（TDS），沿着G-A方向具有两对Dirac点。在这里，通过结合使用角分辨光电子能谱和从头计算，我们确定了预测的拓扑狄拉克费米子，并证实了TDS性质的化合物。此外，我们还观察到连接狄拉克点的表面态。我们的观察表明BaSn 3作为一个超导体与非平凡的拓扑电子结构。
2021-04-27 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Non-Dirac topological surface states in (SnTe)$_{n\geq2}$(Bi$_2$Te$_3$)$_{m=1}$
在层状范德华键合（SnTe）$_{n=2,3}$（Bi $_2$ Te $_3$）$_{m=1}$化合物中发现了一种新型的拓扑自旋螺旋表面态，该化合物在一个结构单元中包含两个共价键合的带反转子系统SnTe和Bi $_2$ Te $_3$.这种新的拓扑状态证明了带隙内的非狄拉克色散。表面态的色散有两个斜率不同的线性段，它们之间有肩状特征。拓扑表面状态的这种分散使得能够通过施加外部电场来有效切换拓扑载流子的速度。
2015-05-28 cond-mat.mtrl-sci
