拓扑材料中量子反常霍尔效应和轴子电动力学的实现是凝聚态物理中的典型现象。最近,在MnBi $_2$ Te $_4$(一种化学计量的反铁磁拓扑绝缘体)薄膜中观察到这两种相的特征。在轴子绝缘体中的体拓扑磁电响应的直接证据需要在其拓扑表面态(TSS)的能隙。然而,独立的光谱实验表明,这样的表面间隙是不存在的,或比以前认为的小得多,在MnBi $_2$ Te $_4$。在这里,我们利用角分辨光电子能谱和密度泛函理论计算表明,一个相当大的TSS间隙出乎意料地存在于Sb掺杂的MnBi $_2$ Te $_4$。这个能隙是拓扑非平凡的,对体反铁磁-顺磁跃迁不敏感,而随着Sb浓度的增加而增大。我们的工作表明Mn(Bi $_{1-x}$ Sb $_x$)$_2$ Te $_4$是一个潜在的平台,可以用来观察高温轴子绝缘体态的关键特性,如拓扑磁电响应和半整数量子霍尔效应。
英文摘要:
Realization of the quantum anomalous Hall effect and axion electrodynamics in topological materials are among the paradigmatic phenomena in condensed matter physics. Recently, signatures of both phases are observed to exist in thin films of MnBi$_2$Te$_4$, a stoichiometric antiferromagnetic topological insulator. Direct evidence of the bulk topological magnetoelectric response in an axion insulator requires an energy gap at its topological surface state (TSS). However, independent spectroscopic experiments revealed that such a surface gap is absent, or much smaller than previously thought, in MnBi$_2$Te$_4$. Here, we utilize angle resolved photoemission spectroscopy and density functional theory calculations to demonstrate that a sizable TSS gap unexpectedly exists in Sb-doped MnBi$_2$Te$_4$. This gap is found to be topologically nontrivial, insensitive to the bulk antiferromagnetic-paramagnetic transition, while enlarges along with increasing Sb concentration. Our work shows that Mn(Bi$_{1-x}$Sb$_x$)$_2$Te$_4$ is a potential platform to observe the key features of the high-temperature axion insulator state, such as the topological magnetoelectric responses and half-integer quantum Hall effects.
Upcycling solar glass into Ce-doped oxyfluorides: spectroscopic and crystallization properties
Universidade Tecnológica Federal do Paraná(巴西联邦技术大学巴拉那分校);Universidade Estadual de Maringá(马里纳加州立大学);Laboratoire CEMHTI, UPR 3079-CNRS(法国国家科学研究中心CEMHTI实验室)
In-depth study of spectroscopic properties of new $Pr^{3+}$-ion doped low-phonon sesquisulfide $Lu_2S_3$ material for mid-IR laser sources
Czech Technical University in Prague(布拉格捷克理工大学);Institute of Physics of the Czech Academy of Science(捷克科学院物理研究所);The Extreme Light Infrastructure ERIC, ELI Beamlines Facility(极端光基础设施欧洲研究基础设施有限公司,ELI光束线设施)
Unveiling the structural, chemical state, and optical band-gap evolution of Ta-doped epitaxial SrTiO3 thin films using first-principles calculations and spectroscopic ellipsometry
Lanthanide-Dependent Clustering in Yb$^{3+}$/Ln$^{3+}$ Co-Doped CaF$_2$ Nanocrystals: Correlating Spectroscopic Signatures with DFT Insights
University of Canterbury(坎特伯雷大学);The Dodd-Walls Centre for Photonic and Quantum Technologies(光子与量子技术多德沃尔斯中心);University of Science and Technology of China(中国科学技术大学);Fayetteville State University(费耶特维尔州立大学);Henan University of Technology(河南工业大学)
Spectroscopic perspective on the interplay between electronic and magnetic properties of magnetically doped topological insulators
本文结合低能μ子自旋旋转($μ$ SR)和软X射线角分辨光电子能谱(SX-ARPES)研究了磁掺杂拓扑绝缘体(Bi,Sb)$_2$ Te $_3$的磁性和电子性质。我们发现,在掺杂水平x $\gtrsim$ 0.16时,在(V/Cr)$_x$(Bi,Sb)$_{2-x}$ Te $_3$样品中实现了全磁体积分数。所观察到的磁性转变在温度下并不尖锐,表明逐渐的磁性有序化。我们发现,磁有序的演变是一致的铁磁岛的数量和/或体积随着温度的降低而增加的形成。在V $L_3$边缘的共振ARPES揭示了接近费米能级的非色散杂质带以及集成到宿主能带结构中的V权重。在相干势近似的V贡献的光谱函数的计算确认,该杂质带是由V在替代网站。讨论了我们的结果对在mK温度下观察量子反常霍尔效应的意义。
Reentrant Quantum Spin Hall States in Charge Density Wave Phase of Doped Single-Layer Transition Metal Dichalcogenides
利用第一性原理计算方法,我们揭示了单层1 T $'$ -MoTe $_2$和1 T $'$ -WTe $_2$在无掺杂时呈现量子自旋霍尔(QSH)边缘态的一系列相变随电子掺杂的变化.随着掺杂的增加,我们发现声子介导的超导相首先实现,其次是一个电荷密度波(CDW)相与非对称晶格对称性。新发现的CDW相显示狄拉克或外尔能带的自旋轨道耦合的分数带填充的情况下,重新进入拓扑绝缘相与完全填充的带。与CDW相共存的QSH态的强劲复苏被证明是源于通过强电子-声子相互作用引起的非对称晶格畸变引起的能带反转,从而表明仅通过掺杂就可以在二维晶体上实现超导,密度波和拓扑态之间的各种界面态。
Effects of fabrication methods on spin relaxation and crystallite quality in Tm-doped Y$_2$Al$_5$O$_{12}$ powders studied using spectral hole burning
高质量的稀土离子掺杂材料是量子存储器、超高分辨率光谱分析仪和信息处理等应用的先决条件。与散装材料相比,REI掺杂粉末提供低成本制造和更大范围的可访问材料系统。在这里,我们表明,晶体性能,如核自旋寿命,受到强烈的影响,机械处理,光谱烧孔可以作为一种敏感的方法来表征稀土掺杂粉末的质量。我们专注于掺铥的Y $_2$ Al $_5$ O $_{12}$(Tm:YAG)的具体情况。不同的方法获得的粉末进行了比较和退火的粉末光谱质量的影响进行了研究的几个例子。我们的结论是,退火可以扭转粉末制造的一些不利影响,在某些情况下,可以达到散装材料的性能。我们的结果可能适用于其他杂质和其他晶体,包括纳米结构金刚石中的色心。
Reproduction of the electronic and magnetic structure of the low symmetry sites of Y$_{2}$SiO$_{5}$ doped with Sm$^{3+}$ via a parameterized crystal-field model
参数化晶场分析的六倍和七倍协调,C $_{1}$对称Sm $^{3+}$中心在Y $_{2}$ SiO $_{5}$,广泛的光谱数据的基础上跨越红外光学区域。除了先前确定的$^{6}$ H $_{5/2}$ Z $_{1}$和$^{4}$ G $_{5/2}$ A $_{1}$状态的$g$张量之外,还利用了沿着多个晶体学方向进行的激光位点选择性激发和荧光光谱以及塞曼吸收光谱。由此产生的分析给出了很好的近似的实验能级和磁分裂,产生晶体场参数与其他几个镧系元素离子,这种分析是可用的。