Chern numbers of topological phonon band crossing determined with inelastic neutron scattering
能带结构中的拓扑不变量，如陈数，对于拓扑物质的分类至关重要，并决定了奇异性质的发生，但它们的直接光谱测定主要限于电子能带。在这里，我们使用非弹性中子散射结合从头计算，以确定各种拓扑声子带交叉MnSi和CoSi单晶。我们发现一个带交叉节点的陈数和节点周围的动量空间中的散射强度调制之间的一个明显的关系。给出足够高的分辨率，我们的方法可以用来确定任意大的拓扑声子带交叉节点的陈数。
2022-07-25 cond-mat.mes-hall
Topological Band Theory for Non-Hermitian Hamiltonians
我们发展的拓扑能带理论所描述的非厄米哈密顿，其能量谱一般是复杂的系统。在将带隙能带结构的概念推广到非厄米特的情况下，我们通过明确地找到它们的拓扑不变量来对一维和二维的“带隙”能带进行分类。我们发现非平凡的推广的陈数在两个层面上，和一个新的分类在一维，其拓扑结构是由能量色散，而不是能量本征态。然后，我们研究了体-边对应和二维拓扑相变。不同于厄米的情况下，过渡一般涉及一个扩展的中间阶段与复杂的能带简并在孤立的“例外点”的动量空间。我们还系统地分类了所有类型的带简并。
2017-08-22 cond-mat.mes-hall
Colloquium: Topological Band Theory
第一性原理能带理论范式不仅在发现新的拓扑有趣的材料类别的过程中，而且在识别拓扑状态的显着特征，使理论和实验之间的直接和尖锐的对抗过程中发挥了关键作用。我们开始这一审查讨论的基础上的拓扑能带理论，这基本上涉及到一层的分析和解释，以评估拓扑性质的能带结构超出标准能带理论的建设。拓扑不变量的评价方法划定，包括晶体没有反转对称性和相互作用的系统。在何种程度上理论预测的拓扑状态的属性和保护已被实验验证的讨论，包括拓扑晶体绝缘体，无序/相互作用驱动的拓扑绝缘体（TI），拓扑超导体，Weyl半金属相，拓扑相变的工作。概述了新材料发现过程的成功策略。目前预测的2D和3D拓扑材料的全面调查。这包括二元，三元和四元化合物，过渡金属和f-电子材料，Weyl和3D Dirac半金属，复合氧化物，有机金属，方钴矿和反钙钛矿。此外，还包括各种元素及其合金的石墨烯之外的2D原子薄膜、功能薄膜、多层系统和3D TI的超薄膜的新兴领域，所有这些都具有令人兴奋的广泛应用前景。最后，我们给出了一个研究方向的角度，进一步的工作将广泛受益的拓扑材料领域。
2016-03-11 cond-mat.mes-hall
Topological Bloch Bands in Graphene Superlattices
我们概述了一种方法，赋予一个普通的香草材料的拓扑性质，通过创建拓扑带堆叠明显非拓扑原子薄材料。该方法示出了一个模型系统，包括石墨烯堆叠顶部六方氮化硼。在这种情况下，电子布洛赫带的Berry曲率对堆叠配置高度敏感。结果表明，电子拓扑结构可以通过晶轴取向来控制，为拓扑材料的设计提供了一条可行的途径。Berry曲率通过谷霍尔效应和长程不带电谷电流在输运中表现出来。由这种电流介导的非局部电响应提供了对带拓扑的诊断。
2015-06-03 cond-mat.mes-hall
Band topology in classical waves: Wilson-loop approach to topological numbers and fragile topology
拓扑光子学和声学的迅速发展要求人们对经典波的能带拓扑有准确的理解，而这在许多情况下还没有实现。在这里，我们提出了威尔逊圈方法的精确数值计算的拓扑不变量的几个光子/声波晶体。我们证明了这些拓扑光子/声波晶体是拓扑晶体绝缘体与脆弱的拓扑结构，在以前的研究中被忽略的功能。我们进一步讨论了这些系统中的体边对应，重点是对称性破缺的边缘。
2019-08-19 cond-mat.mes-hall
Band engineering of Dirac surface states in topological insulators-based van der Waals heterostructures
三维拓扑绝缘体（TI）的体能带的非平凡拓扑性质保证了其Dirac表面能带的存在，而表面能带的色散主要由表面附近的环境决定.在这封信中，通过在原位角分辨光电子能谱（ARPES）和第一性原理计算的三维TI基范德华异质结构，我们证明，可以工程的表面能带结构的三维TI的表面修饰，而不破坏其拓扑非平凡的属性。该结果提供了一种独立控制3D TI的表面和体电子结构的方法，并为电子和自旋电子学目的的人工拓扑材料的设计提供了启示。
2015-09-23 cond-mat.mes-hall
Self-organized pseudo-graphene on grain boundaries in topological band insulators
半金属的特点是节点能带结构，产生奇异的电子特性。狄拉克半金属的稳定性，如二维（2D）的石墨烯，需要晶格对称性的存在，而类似于拓扑带绝缘体的表面状态，三维（3D）的Weyl半金属受到带拓扑的保护。在这里，我们表明，在大部分的拓扑带绝缘体，自组织拓扑保护的半金属可以出现沿晶界，一个无处不在的扩展晶格缺陷在任何晶体材料。除了实验上可获得的电子输运测量之外，这些状态在2D中表现出影响边缘自旋输运的谷异常，而在3D中，它们表现为可以表现出奇数量子霍尔效应的类石墨烯状态。这些新的半金属的一般机制-自旋模式绑定到晶界的杂交-表明拓扑半金属可以出现在任何拓扑材料中，其中晶格位错绑定局部拓扑模式。
2016-03-17 cond-mat.mes-hall
Hyperbolic band topology with non-trivial second Chern numbers
拓扑带理论为不同类型的拓扑物质的分类建立了一个标准化的框架。最近的研究表明，非欧空间中的双曲格也可以用双曲Bloch定理来刻画。这一理论促进了双曲带状拓扑的研究，其中第一陈数保护的双曲拓扑带状绝缘子已经被提出。在这里，我们报告了一个新的发现，双曲拓扑带绝缘体的建设与消失的第一陈数，但一个非平凡的第二陈数。我们的模型具有{8，8}双曲镶嵌的非阿贝尔平移对称性。通过设计晶胞间的耦合和每个晶胞中的子晶格的现场势，可以出现具有量子化的第二陈数的非平凡带隙。在实验中，我们构造了两种具有周期边界条件和部分开边界条件的有限双曲电路网络来检测双曲拓扑带状绝缘子。我们的工作提出了一种新的方法来工程双曲拓扑状态与高阶拓扑不变量。
2023-02-26 cond-mat.mes-hall
Two dimensional topological insulators with tunable band gaps: HgTe and HgSe monolayers
采用从头算电子计算方法，我们提出了一种新型的二维拓扑绝缘体（TI），单层低屈曲碲化汞（HgTe）和硒化汞（HgSe），具有可调的带隙.单层LB HgTe在适当的面内拉伸应变（ε > 2.6%）下，由于应变和自旋轨道耦合（SOC）的共同作用，发生了向拓扑非平凡相的转变。在2.6%< ε <4.2%的拉伸应变下，SOC引起能带反转和拓扑非平凡带隙，当ε > 4.2%时，当应变从2.6%增加到0.20eV时，单层LB HgTe TI相的带隙可以在很宽的范围内进行调节至7.4%。当应变ε > 3.1%时，单层LB HgSe的拓扑相变由应变和SOC引起。当应变增加到约4.6%时，拓扑带隙可以为0.05eV。2D LB HgTe和HgSe单层膜的大带隙使得这种类型的材料适合于在室温下的实际应用。
2015-10-16 cond-mat.mes-hall
Kerr and Faraday rotations in topological flat and dispersive band structures
双量子霍尔（IQH）态和量子反常霍尔（QAH）态具有相同的静态（dc）响应，但不同的动态（ac）响应。特别地，交流异常霍尔电导率分布$σ_{yx}(ω)$对QAH态的能带形状敏感。例如，色散QAH带示出在带隙处没有符号变化的共振轮廓，而IQH状态示出在回旋加速器能量处的符号变化共振。我们认为，通过平坦化色散QAH带，$σ_{yx}(ω)$应该恢复到IQH中平坦的朗道带，因此有必要知道符号变化的起源。采用带宽可调的拓扑晶格模型，我们发现，符号变化的根源不是带隙而是QAH带的Van Hove奇异能。在小带宽的限制下，平坦QAH频带恢复了IQH朗道频带的$σ_{yx}(ω)$。由于霍尔效应，这些拓扑带在反射波中表现出巨大的偏振旋转和椭圆率（克尔效应），在透射波中表现出精细结构常数量级的旋转（法拉第效应），其轮廓类似于$σ_{yx}(ω)$。我们的结果作为一个简单的指导拓扑平坦带的光学特性。
2021-09-16 cond-mat.mes-hall
Chiral Topological Excitons in a Chern Band Insulator
一类被称为陈氏带绝缘体的半导体材料具有非零拓扑陈氏整数和手征激子边模。利用一个典型的双带Chern绝缘体模型，通过计算交叉关联函数得到激子带及其Chern整数。最低激子带在电子Chern绝缘体相中获得了$\pm 1$和$\pm 2$等Chern整数。非平凡的拓扑结构可以通过激子边缘模式的非局部光电响应和由于体模引起的互相关响应中的相移来实验观察。我们的研究结果表明，磁掺杂碲化汞，InAs/GaSb量子阱和$\text{(Bi,Sb)}_{2} \text{Te}_{3}$薄膜的拓扑激子的平台是有前途的候选人。
2017-10-03 cond-mat.mes-hall
Topological Nanophononic Interface States Using High-Order Bandgaps in the One-Dimensional Su-Schrieffer-Heeger Model
本文提出在GaAs/AlAs超晶格高阶带隙中通过能带反转和厚度比调控产生拓扑纳米声子界面态，并证明不同阶带隙的混合结构也能实现，为宽频拓扑器件设计提供新平台。
2023-05-30 cond-mat.mes-hall
Topological magnon bands in the zigzag and stripy phases of antiferromagnetic honeycomb lattice
研究了反铁磁蜂窝晶格中Z字形和条纹相共线磁序下磁振子带的拓扑性质，确定了Berry曲率和对称性约束对磁振子能带结构的影响.锯齿相和条纹相的不同对称性导致了不同的拓扑性质，特别是条纹相的磁振子带被非零自旋Chern数的有限Dzyaloshinskiii-Moriya（DM）项解纠缠。这一点通过计算自旋能斯特效应得到了证实。我们的研究建立了所有观察到的共线反铁磁蜂窝晶格的DM项的存在下的非平凡的磁振子带拓扑结构。
2017-12-28 cond-mat.mes-hall
Observation of flat-band localization and topological edge states induced by effective strong interactions in electrical circuit networks
非相互作用系统中的平带拓扑和局域化在不同的量子和经典波系统中得到了广泛的研究。近年来，对相互作用系统中平带局域化和拓扑结构等新物理的探索引起了人们极大的兴趣。特别地，理论上证明了强相互作用可以驱动非平凡拓扑平坦带的形成，甚至色散平凡带也可以主导单粒子对应物。然而，这些有趣现象的实验观察仍然缺乏。在这里，我们实验模拟相互作用引起的平带局域化和拓扑边缘状态的电路网络。我们将一维Aharonov Bohm笼中的两个关联玻色子的本征态直接映射到二维电路晶格的模上，通过测量频变阻抗响应和时域电压动态来检测两玻色子的平带和拓扑边缘态.我们的发现提供了一个灵活的平台来模拟相互作用诱导的平带拓扑结构，并可能在设计新型电子器件中具有潜在的应用。
2023-02-03 cond-mat.mes-hall
Stabilization of Majorana modes in vortices in the superconducting phase of topological insulators using topologically trivial bands
如果通过邻近效应在拓扑绝缘体的金属表面态中诱导超导性，则Majorana模将被捕获在涡核上。相同的效应适用于掺杂的拓扑绝缘体，只要掺杂不超过临界值$ μ^{\pm}_c.$，其就成为体s波超导体。正是在该临界化学势下，材料忘记了它是由带反转的拓扑绝缘体产生的;它失去了它的拓扑\emph{imprint.}对于最常见的拓扑绝缘体类，其可以用最小的4带狄拉克模型来建模，因此可以容易地计算$μ^{\pm}_c$的值，但是对于具有更复杂的电子结构的材料，例如HgTe或ScPtBi，结果是未知的。我们表明，由于与一个额外的Kramers对拓扑平凡的频带的碲汞类电子结构（其中包括三元Heusler化合物）的拓扑印记的杂交，可以广泛地扩展为p型掺杂。作为一个实际的结果，我们认为这种杂交的影响范围内的掺杂马约拉纳模式将被绑定到超导拓扑绝缘体的涡旋，并表明，该范围是强烈扩展的p型掺杂，并减少了n型掺杂。这使得其他拓扑现象可能在更宽的掺杂范围内稳定的可能性成为可能。
2012-10-19 cond-mat.mes-hall
Minimal conductivity, topological Berry winding and duality in three-band semimetals
随着石墨烯的发现，无质量相对论量子粒子的物理学最近出现在固体的电子性质中。围绕两个能带的偶然交叉，电子激发描述的外尔方程最初导出的超相对论粒子。类似的三带和四带半金属最近在二维和三维中被发现。石墨烯的显著特征之一是通过拓扑Berry缠绕表征能带交叉，导致异常量子霍尔效应，以及在能带交叉处的有限最小电导率，而电子密度消失。在这里，我们表明，这两个属性是密切相关的：这一结果铺平了道路，直接测量的拓扑性质的半金属。通过考虑三带半金属与一个平面带在二维，我们发现，只有少数支持拓扑Berry相。相同的半金属是唯一在能带交叉处显示非零最小电导率的半金属。最小电导率和拓扑鲁棒性的存在源于底层晶格的性质，这些性质不是由其布洛赫哈密顿量的对称性编码的，而是由对偶性编码的。
2015-03-13 cond-mat.mes-hall
The space group classification of topological band insulators
拓扑带绝缘体（TBI）是一种在其边界上具有拓扑保护的金属态的块状绝缘材料。现有的分类偏离了时间反演对称性，但晶格对称性在这些拓扑状态的物理学中的作用仍然难以捉摸。在这里，我们提供的TBI的分类保护，不仅通过时间反转，但也通过晶体对称性。我们发现了三大类拓扑状态：（a）伽马状态对一般的时间反演不变扰动鲁棒;（b）平移活跃状态保护弹性散射，但易受拓扑晶体无序;（c）谷拓扑绝缘体敏感的非拓扑和晶体无序的影响。这三个类别产生了18种不同的二维和至少70种三维TBI，为系统地寻找新型TBI开辟了道路。
2012-11-19 cond-mat.mes-hall
Tunable Intrinsic Plasmons due to Band Inversion in Topological Materials
能带反转在拓扑绝缘体和拓扑半金属中产生了丰富的物理效应。研究发现，具有墨西哥帽色散的反向能带结构可以增强带间关联，从而导致强的本征等离子体激元激发。它的频率范围从几个$\mathrm{meV}$到几十个$\mathrm{meV}$，并且可以通过外场进行有效的调谐。电子-空穴不对称项将等离子体激元激发的峰分裂成双峰。这种等离子体激元激发的命运和性质也可以作为探针来表征即使在轻掺杂系统中的拓扑相。我们数值模拟了带反转对三维强拓扑绝缘体，V-或Cr-掺杂（Bi，Sb）$_2$ Te $_3$，支持量子反常霍尔态的磁掺杂薄膜中的等离子体激元激发的影响。因此，我们的工作揭示了一些新的光拓扑材料在等离子体激元的潜在应用。
2017-12-02 cond-mat.mes-hall
Topological invariants of time-reversal-invariant band structures
二维时反不变能带结构的拓扑不变量是凯恩和梅勒发现的$\mathbb{Z}_2$不变量的多个拷贝。这种不变量保护了拓扑绝缘体，并产生了边缘态携带的自旋霍尔效应。每一对带相关的时间反演描述了一个单一的$\mathbb{Z}_2$不变，一个不到一半的布洛赫哈密顿的尺寸。在三维中，每个带有四个这样的不变量。晶体的$\mathbb{Z}_2$不变量决定了普通和拓扑绝缘体之间的跃迁，因为它的能带被电子占据。我们推导出这些不变量使用从布里渊区到布洛赫哈密顿空间的映射，并澄清了$\mathbb{Z}_2$不变量，整数量子霍尔效应的基础上的整数不变量，和以前的不变量的${\cal T}$不变费米系统之间的连接。
2006-07-28 cond-mat.mes-hall
Understanding topological phase transition in transition metal dichalcogenides
尽管对层状过渡金属二硫属化物（TMD），如M =（Mo，W）和X =（S，Se，Te）的MX2有相当大的兴趣，但它们的拓扑性质的物理起源仍然知之甚少。在拓扑相变（TPT）的传统观点中，TMD中电子能带的非平凡拓扑是由金属d和硫族p轨道带之间的带反转引起的，其中前者被拉到后者之下。在这里，我们表明，在TMD，TPT是完全不同的传统的猜测。特别地，MS2和MSe2表现出与TPT相反的行为，使得硫族元素p轨道带向下移动到金属d轨道带之下。更有趣的是，在MTe 2中，带反转发生在金属d轨道带之间。我们的研究结果对TPT的普遍观点提出了质疑，并为理解新拓扑材料的拓扑性质提供了明确的指导方针。
2015-11-29 cond-mat.mes-hall
Ideal topological flat bands in chiral symmetric moiré systems from non-holomorphic functions
本研究打破全纯函数限制，提出了一族新的理想拓扑平带，给出了非全纯函数构建模型、解析方法及其具有理想量子几何和高Chern数的普适性质。
2024-08-22 cond-mat.mes-hall
Topological phase transition in chiral graphene nanoribbons: from edge bands to end states
石墨烯纳米结构的尺寸和形状的精确控制允许工程自旋极化的边缘和拓扑状态，代表了一种新的来源，非传统的$π$磁性与量子自旋电子学的应用前景。它们出现的先决条件是存在强大的带隙相，这在扩展的石墨烯系统中很难找到：只有扶手椅型石墨烯纳米带（GNR）显示出带隙，然而，对于任何其他GNR取向都是封闭的。在这里，我们表明，半金属手征GNRs（chGNRs）缩小到纳米宽度经历了拓扑相变，成为第一个拓扑绝缘体，然后转化为平凡的带绝缘体的最后一个chGNRs。我们制作了原子精确的chGNRs不同的手性和大小的表面合成使用预先设计的分子前体。结合扫描隧道显微镜（STM）的测量和理论模拟，我们遵循的拓扑性质和体带隙的演变取决于宽度，长度和手性的chGNRs。第一个出现的间隙相是拓扑的，由边缘之间的手性相互作用模式保护。对于较窄的带状物，相互作用模式的对称性发生变化，拓扑能隙关闭并重新打开，作为一个平凡的带绝缘体。我们的研究结果代表了一个新的平台，产生拓扑保护的自旋态，并展示了连接手性边缘和缺陷结构与能带工程的潜力。
2021-03-29 cond-mat.mes-hall
Engineering of Chern number of topological bands in bilayer graphene by in-plane magnetic field and electrical bias
本研究基于双层石墨烯完整哈密顿量，证明通过面内磁场与电偏压可实现相变并调控四个能带的陈数，为二维材料拓扑现象研究提供新思路。
2024-05-17 cond-mat.mes-hall
Band Representations and Topological Quantum Chemistry
在这篇文章中，我们提供了拓扑量子化学和拓扑晶体绝缘体理论的教学评论。我们首先概述了位置和动量空间中晶体对称群的性质。接下来，我们引入了能带表示的概念，它量化了拓扑平凡的能带结构的对称性。通过结合带表示与对称性约束的连接带在动量空间中，我们展示了如何拓扑非平凡带可以编目和分类。我们提出了几个新的拓扑阶段发现使用这种模式的例子，并对未来的发展前景的结论。
2020-06-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Systematic construction of topological flat-band models by molecular-orbital representation
在描述一般平带模型的“分子轨道”表示的基础上，我们提出了一种系统的方法来构造一类具有拓扑性质的有限程跳跃的平带模型.在这些模型中，拓扑性质不是编码到平坦带本身，而是编码到与平坦带接触的色散带中。这种能带结构可能成为由平坦能带、拓扑结构和相关性的组合而产生的奇异现象的来源。
2020-09-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
General Construction from Topological Loop States to Topological Invariants in Exactly Flat Bands
Beijing National Laboratory for Condensed Matter Physics and Institute of Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院物理研究所）；University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）；New Cornerstone Science Laboratory（新 cornerstone 科学实验室）
本文提出新的拓扑条件，通过使不同方向的环状态线性相关，消除带接触点的奇点，从而获得具有非平凡拓扑不变量的拓扑-拓扑平带。
2026-09-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Unconventional Topological Insulators from Extended Topological Band Degeneracies
实现拓扑绝缘体的一个普遍而美丽的图景是，狄拉克模型的质量项具有包围一个狄拉克点的节面。我们表明，这个几何图片的基础上狄拉克点可以推广到扩展带退化与非平凡的拓扑电荷。由于非平凡的拓扑荷迫使扩展带简并成对地产生或湮灭，当质量的节面包裹一个这样的扩展带简并时，所产生的带隙相必须是拓扑非平凡的，因为它不能在不关闭能隙的情况下被变形为拓扑平凡的原子绝缘体。我们使用节点线携带一个非平凡的$Z_{2}$电荷在三维来说明物理。值得注意的是，由于扩展能带简并的包裹面是不同的，我们发现这种推广可以带来非常规模式的边界态的拓扑绝缘体。
2020-05-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Topological-Fermi-Liquid to Quantum-Hall-Liquid Transitions: $p$-Band and $d$-Band Fermions in a Magnetic Field
我们发现在具有轨道内和轨道间跳跃积分的多轨道系统中，霍尔电导表现出由在位轨道极化引起的各种拓扑量子相变：整数量子霍尔（IQH）平台跃迁和拓扑费米液体到IQH跃迁.这种拓扑量子点在两个系统中得到了证明：一个是由光晶格中的超冷原子实现的$p$带无自旋费米子系统，另一个是与过渡金属及其化合物中的巨轨道霍尔效应密切相关的$d$带有自旋费米子系统.
2009-11-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.quant-gas
Seeing Topological Order and Band Inversion in Optical Diatomic Chain
近年来，凝聚态和冷原子中奇异拓扑态的发现，推动了人们对不变性拓扑序和能带反转等拓扑特性的探索。在这里，我们构建了一个一维光学双原子系统的开口环谐振腔与电磁耦合实现的拓扑功能。我们通过检测场的强度分布，实验测量了色散关系和亚格子赝自旋矢量，从而确定了体能带的伴随缠绕数作为拓扑序.在能带边缘观察到的亚晶格赝自旋矢量反转证明了能带反转。通过测量能带边缘的对称性交换，我们进一步证实了能带反转引起的拓扑相变。这些结果显示了开口环谐振器平台在实验上探索先进拓扑特性的巨大潜力，例如在更奇特的设置中的高绕组数甚至高陈数。
2018-09-13 cond-mat.mes-hall physics.optics
Four-band non-Abelian topological insulator and its experimental realization
最近，越来越多的注意力集中在非阿贝尔拓扑荷上，例如四元数群Q8。不同于阿贝尔拓扑带绝缘体，这些系统涉及多个纠缠的体带隙，并支持非平凡的边缘状态，表现出非阿贝尔拓扑特征。此外，一个系统的频带数为奇数或偶数时，在非阿贝尔拓扑分类中会表现出显著的差异。到目前为止，偶带非阿贝尔拓扑绝缘体的研究还很少。在这里，我们既从理论上探索和实验上实现了一个四带PT（反转和时间反转）对称系统，其中两个新的类拓扑电荷以及边缘状态进行了全面的研究。我们说明了他们的差异，从四维旋转意义上的立体投影克利福德环面。我们展示了散装拓扑结构的演变，通过扩展到一个2D平面上的一维哈密顿，并提供相应的边缘状态分布以下的分析方法。我们的工作提出了一个详尽的研究四带非阿贝尔拓扑绝缘体，并铺平了道路，以其他甚至带系统。
2021-06-30 cond-mat.mes-hall physics.optics
Hybridization of topological surface states with a flat band
我们解决拓扑表面态和非拓扑平坦体带之间的杂交问题。我们的模型，是一个三维Bernevig-Hughes-Zhang和二维pseudospin-1哈密顿量的混合物，允许明确的处理拓扑表面状态的演变，通过不断改变的反向带和一个额外的“寄生”在散装的平带之间的杂交。我们表明，与导带边缘下方的平带的杂交将初始的类狄拉克表面态转化为平带下方和上方的分支。我们的研究结果明确地表明，拓扑表面态的上支是由Dyakonov-Khaetskii表面态形成的，自20世纪80年代以来，已知的碲化汞。此外，我们还研究了狄拉克半金属的表面态的演化以及当平带穿过导带时费米弧的产生。
2019-12-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin-Orbit-Induced Topological Flat Bands in Line and Split Graphs of Bipartite Lattices
拓扑平坦带，如扭曲双层石墨烯中的带，正成为研究相关物理、超导和输运等主题的有前途的平台。在这项工作中，我们介绍了一种通用的方法来构建二维（2D）拓扑准平坦带的线图和分裂图的二分格。二分格的线图或分裂图表现出一组平带和一组色散带。在一定的动量下，平带通过简并态与色散带相连。我们发现，随着自旋轨道耦合（SOC），平坦带变成准平坦的，从色散带的间隙。通过研究二分格的一系列特殊线图和分裂图，我们发现：（i）如果平带（不含SOC）具有反转或$C_2$对称性，并且是非退化的，那么所得到的准平带必定是拓扑非平凡的;（ii）如果平带（不含SOC）是退化的，那么存在一个SOC势使得所得到的准平带是拓扑非平凡的.这种通用机制作为一个范例，在二维晶体材料和超材料中寻找拓扑准平坦带。
2020-08-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Three dimensional two-band Floquet topological insulator with $Z_2$ index
提出了一类三维双带Floquet拓扑绝缘体，它是由二维Floquet拓扑绝缘体和$Z$拓扑指数构成的.结果表明，三维双带Floquet拓扑绝缘体具有一个$Z_2$拓扑指数，其值可以通过数值计算或通过使用与绕组数的关系获得。然而，三维$Z_2$ Floquet拓扑绝缘体的分类不能归因于稳定同伦群。因此，它是Floquet拓扑绝缘体的K理论分类之外的一个例子。我们还分析了三维$Z_2$ Floquet拓扑绝缘体的边模，发现边模个数的奇偶性反映了体$Z_2$指数.
2019-01-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
Topological bands and triply-degenerate points in non-Hermitian hyperbolic metamaterials
双曲型超材料是一类特殊的电磁超材料，由于其独特的性质在许多领域有着重要的应用。一个令人惊讶的特点是，即使是连续的障碍可以拥有拓扑边缘模式。然而，以前的研究基于等频面（费米面的类比）可能无法正确地捕捉整个带的拓扑结构。在这里，我们开发了一个拓扑带描述连续的阻碍，可以描述的非厄米哈密顿从麦克斯韦方程组制定。我们发现了两种类型的三维非厄米三角形简并点，具有复杂的线性色散和拓扑电荷$\pm 2$和0诱导的手征和旋磁效应。由于光子学的性质，真空带对于Hynx中的拓扑边缘态和体-边缘对应起着重要的作用。拓扑带的结果，数值证实了麦克斯韦方程组的直接模拟。我们的工作提出了一个一般的非厄米拓扑带处理连续的Hyns，铺平了道路，探索有趣的拓扑相位在光子连续和设备实现的拓扑Hyns。
2020-05-11 cond-mat.mes-hall physics.optics
Manipulation of Topological States and Bulk Band Gap Using Natural Heterostructures of a Topological Insulator
我们对（PbSe）5（Bi_2Se_3）_3 m进行了角分辨光电子能谱研究，该材料形成了由拓扑绝缘体（TI）和普通绝缘体组成的天然多层异质结构.对于m = 2，我们观察到一个带隙的Dirac-cone状态的体带隙内，这表明拓扑界面态被有效地封装块层;此外，有人发现，量子限制效应的Bi 2Se 3层的带色散的有效体带隙提高到0.5 eV，有史以来最大的TI中观察到的。此外，我们发现系统在m = 1时不再处于拓扑相，指向在m = 1和2之间的拓扑相变。这些结果表明，利用自然发生的异质结构是一个新的有前途的战略，实现奇异的量子现象和器件应用的TI。
2012-06-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Topological band gap in intercalated epitaxial graphene
石墨烯的功能化调控是一个重要的基础研究和实际应用课题。在这项研究中，我们表明，5 $d$过渡金属在SiC上的外延石墨烯的嵌入是一种很有前途的方法，实现拓扑非平凡的阶段与有限的带隙的石墨烯。利用基于密度泛函理论的第一性原理计算，我们证明了Re和Ta插层石墨烯成为二维拓扑绝缘体，分别呈现线性Dirac锥和二次带，并具有拓扑带隙.拓扑态的出现归因于插层剂强的自旋-轨道耦合强度。我们发现，拓扑边缘状态存在于有限的体带隙内，根据体边界对应。我们还讨论了由于反转对称性破缺和自旋轨道耦合引起的能带结构的自旋分裂。我们的研究结果表明，插层石墨烯是一种有效的和可行的方法来操纵石墨烯的带隙和拓扑特性。这种插层石墨烯系统对于自旋电子学和量子计算应用有潜在用途。
2019-03-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Plethora of Coexisting Topological Band Degeneracies in Nonsymmorphic Molecular Crystal OsOF$_5$
在固体的能带理论中，简并以点、线、面的形式出现。自从认识到物质的无隙拓扑量子相以来，带简并的拓扑性质最近得到了重视。基于第一性原理计算，我们报道了卤氧化锇OsOF $_5$中的拓扑半金属相，它具有零维Weyl点、一维节线和二维节面.半金属相由电子填充约束保证，而各种维度的能带简并由非对称晶体对称性保护。针对跨越费米能级的两个节点环，我们证明了$π$ Berry相对它们的拓扑保护，并描述了由非平凡的$\mathbb{Z}_2$指数拓扑连接的鼓面表面态。我们的预测突出OsOF $_5$作为一种独特的拓扑材料，其中丰富的各种拓扑简并存在于一个狭窄的能量范围内接近费米能级，由于这种材料的分子晶体结构。
2018-08-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Non-necessity of band inversion process in 2D topological insulators for bulk gapless states and topological phase transitions
在通常采用的2D拓扑绝缘体模型中，众所周知，体无带隙态形成在能带反转点处，在该点处，态的简并性受到对称性的保护。因此，有时很容易考虑这种特性，即无隙态的出现，是在对称性保护下的能带反转过程的结果。类似地，带反转过程甚至可能被认为是诱导2D拓扑相变所必需的。为了澄清这些误导的观点，我们提出了一个简单的模型与灵活的陈数来证明，散装无带隙状态出现在拓扑相变的相边界，尽管没有带反转过程。此外，体无间隙状态不需要出现在由对称性保护的特殊$k$点处。鉴于这些基本的\textit{conceptual}问题的重要性及其广泛的影响，我们的澄清应该产生强烈的普遍利益和重大影响。此外，我们的一般模型的简单性和灵活性与任意陈数应证明有用的广泛的未来研究的拓扑状态的物质。
2017-10-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Possible topological phases of bulk magnetically doped Bi2Se3: turning a topological band insulator into the Weyl semimetal
讨论了在磁掺杂拓扑带绝缘体中实现外尔半金属相的可能性。当磁矩为铁磁极化时，由于拓扑质量和磁质量的竞争，系统中存在三个相：拓扑带绝缘相、Weyl半金属相和平凡相.从拓扑绝缘体在Dirac点附近的一般连续哈密顿量出发，导出了Weyl点的低能理论，例如Bi_{2} Se_{3}在$Γ$点附近的${\bf k} \cdot {\bf p}$理论.在此基础上，我们引入金刚石晶格上的微观紧束缚模型来描述磁掺杂拓扑绝缘体，发现了Weyl半金属相。我们还讨论了外尔半金属相对反常霍尔效应的尺寸交叉。最后，我们讨论了外尔半金属相的实验情况。
2012-06-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
The topological vacuum in exceptional Brillouin zone
当非厄米哈密顿量的例外点遍布整个布里渊区时，能带系统的真空相对于粒子或空穴可以变得拓扑非平凡。本征态的合并消除了哈密顿量的几何多重性，并将剩余的能带置于拓扑背景上。我们发现了这些系统中的几个不同的现象：一个单带拓扑模型，一个双带陈氏绝缘体，其中的低频段的拓扑数不补偿的上带，拓扑保护的边界状态，更强的耗散力时，是较少的阻尼和拓扑保护的间隙扩展状态。我们的结果是由经典晶格上的振动谱给出的。主动约束是使要求严格的Hilbert子空间坍缩的关键因素。
2021-04-13 cond-mat.mes-hall quant-ph
Entropic uncertainty relations and topological-band insulator transitions in 2D gapped Dirac materials
研究了二维带隙Dirac材料与石墨烯同构的拓扑带绝缘体跃迁的不确定性关系。我们表明，相对或Kullback-Leibler熵的位置和动量空间，和标准的方差为基础的不确定性关系，给出尖锐的签名的拓扑相变在这些系统中。
2015-02-26 cond-mat.mes-hall quant-ph
Topological interface modes in local resonant acoustic systems
拓扑声子晶体是一种周期性的人工结构，可以支持非平凡的声学拓扑带，其拓扑性质与拓扑边模的存在有关。以往的研究主要集中在布拉格带隙中由晶格散射引起的拓扑边缘模。虽然局部共振间隙在声波的亚波长控制中有很大的用途，但是否有可能在局部共振间隙中实现拓扑界面态是一个问题。本文研究了时间反演对称声学系统中局域共振带隙附近的拓扑能带，并利用弹簧-质量模型详细描述了能带结构的演化。我们的声学结构可以在亚波长区产生三个带隙：一个是由单胞的局域共振引起的，另两个是由能带折叠引起的。发现拓扑界面态只能存在于带折叠诱导带隙中，而不会出现在局域共振带隙中。数值模拟结果与理论分析结果吻合较好。该研究为亚波长声波的局域化提供了一种途径。
2017-12-12 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Index theorem on chiral Landau bands for topological fermions
拓扑费米子作为多简并费米点的激发态在凝聚态物理中引起了越来越多的关注。它们以拓扑荷为特征，通常在实验中应用磁场来检测它们。在这里，我们提出了一个指数定理，揭示了费米点的拓扑电荷和朗道能带结构的间隙模式之间的内在联系。证明是基于磁场下的费米子映射到一个拓扑绝缘体，其拓扑数正好是费米点的拓扑荷。我们的工作为研究拓扑费米子有趣的磁响应效应奠定了坚实的基础。
2021-01-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Topological magnon bands for magnonics
磁有序系统中的拓扑激发是近年来研究的热点。本文报道了铁磁Shastry-Sutherland晶格中的拓扑磁振子带，其边缘模可用于磁振子器件。Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用和几何挫折的协同作用是负责拓扑非平凡的字符。利用严格的自旋波理论，我们确定了产生手征边缘态的磁振子带的有限陈氏数。二次带交叉点消失，由于目前的各向异性和系统进入拓扑阶段。我们计算的热霍尔电导率作为拓扑相的实验签名。不同的有前途的化合物进行了讨论，作为可能的物理实现的铁磁Shastry-Sutherland晶格托管所需的反对称Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用。指出了在磁振子学中应用的途径。
2019-05-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Gapping fragile topological bands by interactions
我们考虑了在强电子-电子相互作用下受时空反演对称性保护的脆弱拓扑带的稳定性。在单粒子水平上，能带的拓扑性质阻止了它们之间的间隙的打开。相比之下，我们表明，当脆弱的带是半满的，相互作用可以打开一个缺口，在多体光谱没有打破任何对称性或混合度的自由，从远程带。此外，所得到的基态不是拓扑有序的。因此，脆弱的拓扑能带结构不会阻碍形成“无特征绝缘体”基态。我们的结构依赖于两个电子和一个空穴的费米子束缚态的形成，称为“trions”。三振子形成一个带，其与电子带的耦合使得能隙打开。这一结果可能与最近在魔角扭曲双层石墨烯中电荷中性的实验所表明的带隙状态有关。
2022-02-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Comment on "Topological equivalence of crystal and quasicrystal band structures"
Madsen等人[arXiv：1307.2577]声称一维绝缘晶体和一维绝缘准晶在拓扑上是等价的，因此是平凡的。本文阐明了在一维系统的拓扑分类中，拟周期性起着类似于对称性的作用。因此，周期系统脱离了准周期拓扑空间，准晶体和晶体之间的等价性变得无关紧要。
2013-08-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Building blocks of topological band theory for photonic crystals
University of Illinois Urbana-Champaign（伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校）；Imperial College London（帝国理工学院）；University of the Basque Country (UPV/EHU)（巴斯克大学）；Donostia International Physics Center（圣塞巴斯蒂安国际物理中心）；ETH Zurich（苏黎世联邦理工学院）
本文提出利用稳定实空间不变量（SRSIs）对光子晶体中的拓扑带进行分类，揭示其作为基本构建块的性质，并区分光子与电子带结构。
2026-01-09 cond-mat.mes-hall physics.optics
Noise probing of topological band gaps in dispersionless quantum states
本文发现积分电流噪声与拓扑带隙的定量关系，提出一种探测平带材料拓扑带隙的新实验方法，适用于莫尔系统。
2023-08-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Spin-charge Separated Solitons in a Topological Band Insulator
在本文中，我们建立了一个简单的，可控的，二维模型的基础上的拓扑带绝缘体。它有许多吸引人的特性。(1)我们得到了与$π$通量相关的自旋-电荷分离孤子。(2)提出了一种不依赖于样品边界而对$Z_2$拓扑带绝缘体进行分类的方法。(3)当$π$通量是动力学变量时，如在具有紧急规范通量的相关绝缘体中，这些孤子传播玻色子激发，并且它们的凝聚触发相变成平面铁磁体。
2008-02-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Flat-band ferromagnetism in a topological Hubbard model
我们研究了一个拓扑哈伯德模型内的玻色化形式主义的平带铁磁相，特别是，确定自旋波激发谱。本文考虑正方形格子哈伯德模型的1/4填充，其自由电子项为π-通量模型，具有拓扑非平凡的近平坦能带.引入电子自旋，使得模型要么明确地打破时间反演对称性（相关平带陈氏绝缘体），要么在时间反演对称性下是不变的（相关平带$Z_2$拓扑绝缘体）。对于平带陈和拓扑绝缘体，我们推广了先前在填充因子ν=1的均匀和垂直磁场中为二维电子气开发的玻色化形式体系[Phys.Rev.B71，045339（2005）]。我们表明，在玻色子化方案，拓扑哈伯德模型映射到一个有效的相互作用玻色子模型。我们考虑在谐波近似下的玻色子模型，并表明，对于相关的陈氏绝缘体，自旋波激发谱是无隙的，而对于相关的拓扑绝缘体，有隙的。我们简要地评论玻色子-玻色子（自旋波-自旋波）耦合的可能影响。
2015-05-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Evidence of topological Shiba bands in artificial spin chains on superconductors
在开发用于实现拓扑量子计算的拓扑超导体中的主要挑战是它们的表征和控制。通过自旋-轨道耦合，将磁性原子链组装到s波超导体上，可以实现单原子精度的p波带隙拓扑超导体。在这里，我们分析了Bogoliubov准粒子在Nb（110）上原子一原子地构建的Mn链中的干涉，并首次利用动量分辨测量揭示了多轨道Shiba带的形成。我们发现的证据表明，一个带具有拓扑非平凡的p-波间隙推断从它的形状和粒子-空穴不对称强度。我们的工作是一个独特的实验测定拓扑相位在多轨道系统的体电子能带结构属性的重要一步。
2021-05-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Topological Insulators beyond Energy Band Characterization
物质的拓扑相通常由系统能带的拓扑性质来表征。它们在保持对称性下的跃迁是通过关闭能带间隙而发生的，从而导致拓扑相中能谱中的拓扑保护边缘态。在这里，我们预测了一个新的拓扑相，出现通过关闭的能带结构的带隙，而不是通过关闭一个能隙保持对称性。从这个角度来看，拓扑相位可能是由与它们的能隙闭合和相应的边缘状态相关联的“能带的能带”的拓扑性质引起的。我们证明了这一点，通过研究紧绑定模型。我们发现，由能带构成的Wannier带表现出与缠绕数的变化相关的能隙闭合，而能带保持带隙和平凡，没有任何零能量模式。此外，拓扑Wannier带引起量子化的边缘极化。由于这种拓扑相的出现并不涉及任何能隙闭合，我们预计它的出现在幺正时间演化下。事实上，这个阶段出现在我们执行淬火动力学。我们的研究开辟了一个新的方向，探索超越传统的能带表征拓扑相位。
2020-04-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.quant-gas
Electric field driven quantum phase transition between band insulator and topological insulator
我们从理论上证明了电场可以驱动CdTe/HgCdTe/CdTe量子阱中的能带绝缘体到拓扑绝缘体的量子相变。数值结果表明，电场可以作为开关来开启或关闭拓扑绝缘体相，温度对不同栅压和组分的相图有显著影响。我们的理论结果为我们提供了一种有效的方法来操纵碲化汞量子阱的量子相位。
2009-11-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
Topological Raman Band in Carbon Nanohorn
拉曼光谱已被用于化学和物理学研究涉及光和声子（晶格振动的量子）的基本过程。碳纳米角为拉曼光谱学引入了一个新的课题，即拓扑学。我们从理论上证明了具有非零缠绕数的光激发载流子通过Aharonov-Bohm效应激活拓扑$D$拉曼带。拓扑诱导的$D$拉曼带可以通过其峰位置与石墨烯边缘的普通$D$拉曼带区分开。
2013-04-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
