Crystalline axion electrodynamics in charge-ordered Dirac semimetals
本文研究电荷有序 Dirac 半金属绝缘态的量子化晶体响应，揭示向错电荷、极化与填充反常，并以 $R\wedge F$ 项构建晶体轴子电动力学理论。
2024-03-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Topological defects in a double-mirror quadrupole insulator displace diverging charge
我们发现，拓扑缺陷的四极绝缘体不主机量子化的分数电荷，相反，他们的Wannier表示表明。特别是，我们测试的基础上的Wannier表示的参数缺陷和向错的电荷量子化假设。与预期相反，我们发现，局部电荷密度随距离的$\sim 1/r^2$衰减，导致发散的缺陷电荷。我们确定亚晶格对称性，而不是高阶拓扑结构的起源，以前报道的电荷量子化。
2022-07-21 cond-mat.mes-hall
Bound states at partial dislocation defects in multipole higher-order topological insulators
体-边界对应关系是拓扑绝缘体的一个标志，它将材料的体拓扑性质与鲁棒边界态的存在联系起来。然而，在晶体拓扑材料中，绝缘间隙中的边界态的存在并不总是必要的，因为它们可以隐藏在体能带中，被非拓扑起源的边界伪影所掩盖，或者在高阶拓扑的情况下，它们可以完全被间隙化。至关重要的是，在这样的系统中，受保护的拓扑结构和相应的对称性缺陷之间的相互作用可以提供各种各样的体探针来揭示它们的拓扑性质。例如，体晶体学缺陷（诸如向错和位错）已经被示出为在由晶体对称性保护的绝缘体中结合分数电荷和/或鲁棒的局部束缚态。最近，被称为部分位错的平移对称性的奇异缺陷被提出作为高阶拓扑的探针。然而，这是一个艰巨的任务，有实验控制的产生和探测孤立的缺陷，在固态系统，因此，它们的使用作为一个散装探针的拓扑结构面临着许多挑战。相反，在这里，我们表明，高阶拓扑结构的部分位错探针非常适合工程材料的背景。事实上，我们提出的第一个观察部分位错诱导的拓扑模式在2D和3D高阶拓扑绝缘体从基于电路的谐振器阵列。虽然旋转缺陷（向错）以前已被证明表明高阶拓扑结构，我们的工作提供了第一个实验证据，外来的平移缺陷（部分位错）是散装拓扑探针。
2021-05-03 cond-mat.mes-hall
Trapped Fermi Gases in Rotating Optical Lattices: Realization and Detection of the Topological Hofstadter Insulator
考虑旋转光晶格中无相互作用的无自旋费米子气体，计算了在外部限制势中气体的密度分布。密度分布呈现出明显的平台，这对应于被称为霍夫斯塔德蝴蝶的单粒子光谱中的间隙。当费米能位于能隙内时，平台区是由绝缘行为引起的。我们讨论了在冷原子装置中实现Hofstadter绝缘体的必要条件，并展示了如何使用Stencheda公式从密度分布测量量子化霍尔电导。
2007-11-23 cond-mat.mes-hall
Bulk-Defect Correspondence in Particle-Hole Symmetric Insulators and Semimetals
具有基的晶格可以容纳共享相同拓扑电荷的晶体缺陷（例如~位错的Burgers矢量$\vec b$），但是它们的核心的微观结构不同。我们证明，在绝缘体与粒子-空穴对称性和奇数轨道每个网站，微观细节极大地影响电子结构：修改可以创建或湮灭非平凡的束缚态与相关的分数电荷。我们发现，这一观察是有关的二聚链的末端模式的行为，并讨论如何在这些更复杂的情况下，从拓扑不变量预测的末端或缺陷状态。此外，使用明确的蜂窝晶格的例子，我们解释了束缚态的空缺，位错和向错是如何相互关联的，以及如何在节点半金属，如石墨烯出现类似的功能。
2013-10-28 cond-mat.mes-hall
Landau levels for massive disclinated graphene-based topological insulator
本文研究带向错和磁场的大质量Kane-Mele石墨烯拓扑绝缘体，通过自旋投影算符解耦八分量Dirac方程，得到朗道能级并发现反演对称性破缺导致的零模边缘态及子晶格依赖的带隙宽度。
2024-07-04 cond-mat.mes-hall
Perovskite topological exciton-polariton disclination laser at room temperature
本研究在室温下基于钙钛矿激子-极化子晶格实验实现了C4v对称的拓扑向错（TD）激光器，利用手性与点群对称性保护实现低阈值相干极化子激射，为拓扑激光及光物质相互作用提供了新平台。
2024-04-29 cond-mat.mes-hall physics.optics
Non-local Chemical Potential Modulation in Topological Insulators Via Electric Field Driven Trapped Charge Migration
拓扑绝缘体（TI）具有特殊的表面态，具有狄拉克色散和螺旋自旋织构，在自旋电子学和量子计算中具有很高的应用潜力。控制这些材料中的化学势是具有挑战性的，但对于实现热追求的奇异物理学至关重要，包括有效的自旋生成1，2，马约拉纳费米子3 -5和激子凝聚6，7。在这里，我们报告了一种简单有效的方法，可以原位调节单晶Bi 2-xSbxSe 3纳米带的化学势，其幅度显着大于传统的静电门控。平行于器件通道的电场可以使通道内部和外部的化学势跨狄拉克点移动。我们把这种非局部可逆的化学势调制归因于电场诱导的电荷在缺陷态之间的跳跃，并得到了光电流图的进一步支持。我们的方法使工程化学势分布在TI，并开辟了巨大的机会，调查这些材料中的电荷和复合粒子的基本传输机制。
2020-04-04 cond-mat.mes-hall
Electric polarization and discrete shift from boundary and corner charge in crystalline Chern insulators
本文提出从边界和角电荷提取晶体陈绝缘体的离散位移与电极化，统一了边界、角、向错和位错的电荷响应，并适用于四极绝缘体。
2024-10-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el quant-ph
Kane-Mele with a twist: Quasicrystalline higher-order topological insulators with fractional mass kinks
我们建立了一个描述准晶系统中高阶拓扑绝缘体（HOTI）相的低能解析理论。我们将其应用到一个模型，由两个堆叠Haldle模型与相反的传播边缘模式，类似于凯恩-梅勒模型，并与$30^\circ$扭曲。我们表明，由此产生的本地化模式在角落里，HOTI的特点，不与传统的质量反转，而是与我们所谓的“分数质量扭结”。通过推广低能理论，我们建立了任意$ n $ -fold旋转对称的分类。我们还推导出了双层中的角模与单层中的向错模之间的关系。通过使用数值超出弱耦合的限制，我们表明，由于准周期性，这也窝藏角落本地化模式的额外的差距发生的层次。
2020-07-16 cond-mat.mes-hall quant-ph
Trapped state at a dislocation in a weak magnetomechanical topological insulator
拓扑绝缘体（TI）的特征在于绝缘体和其边界上的对称保护束缚态。“强”拓扑绝缘体的特征在于受某些内部对称性保护的\emph{all}边界上的稳健导电状态。然而，“弱”拓扑绝缘体（WTI）需要晶格平移对称性，使其对无序更敏感。然而，这种敏感性引起了有趣的特性，如各向异性的边缘模式，量子化的电荷极化，并出现在位错缺陷的束缚态。尽管拥有有趣的功能，WTI对疾病的敏感性构成了实验确认的挑战。在这里，我们实现了一个2D磁机械超材料，并通过实验证明了WTI的独特功能。具体来说，我们表明，二维WTI是各向异性的主机边缘模式只在某些边缘，以及托管在位错缺陷的束缚态。我们构建的2D WTI从堆叠的1D SSH链，我们在实验上显示了不同的间隙阶段的1D模型。
2020-12-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Two-dimensional metal-insulator-transition as a potential fluctuation driven semiclassical transport phenomenon
我们理论上考虑的载流子密度调谐（表观）的二维（2D）金属-绝缘体-过渡（MIT）在半导体异质结为基础的2D载流子系统所产生的一个经典的渗流现象的不均匀密度景观所产生的随机淬火带电杂质的环境中的长程电位波动。半导体中固有的长程库仑无序在2D系统中产生强烈的电势波动，其中一部分载流子被捕获或经典局部化，导致在中等密度下的混合2组分半经典输运行为，其中一部分载流子是移动的，另一部分是固定的。在高载流子密度下，所有载流子基本上都是移动的，而在低载流子密度下，所有载流子基本上都被捕获，因为不可能存在通过湖泊和山脉不均匀的电势景观的移动传输路径。没有渗透的低密度情况将模仿绝缘体，而允许通过湖泊和山脉能量景观的路径的高密度情况将模仿金属，系统在两者之间表现出明显的MIT。我们计算的载流子密度，杂质密度，杂质的位置，和温度的函数的输运特性，使用2-组分（捕获和移动载流子）有效介质理论。我们的理论计算的输运性质与实验观察到的二维电子和空穴系统中的二维MIT现象有很好的定性一致性。我们发现一个高（低）密度金属（绝缘）的温度依赖性的二维电阻率，和一个中等密度的交叉行为，可以确定与实验观察到的二维MIT。
2013-10-12 cond-mat.mes-hall
Self-Trapped Polarons and Topological Defects in a Topological Mott Insulator
拓扑量子系统中的多体相互作用可以产生新的物质相，这些相同时表现出丰富的空间特征和拓扑性质。在这项工作中，我们考虑无自旋费米子的棋盘格与最近和次近邻相互作用。我们计算了半填充时的相图，特别是相互作用引起的量子反常霍尔相。我们研究了系统在无公度填充使用一个不受限制的Hartree-Fock anomalies和报告丰富的动物园的解决方案，如自陷极化子和域壁以上的相互作用引起的拓扑绝缘体。我们发现，作为相互作用引起的拓扑结构和拓扑缺陷之间的相互作用的结果，这些域壁分离两个阶段与相反的拓扑不变量和主机拓扑保护的手性边缘状态。最后，我们讨论了实验前景，观察这些新的现象在量子模拟器的基础上，激光修饰的里德伯原子在光晶格。
2020-12-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.quant-gas cond-mat.str-el
Stationary phase approximation approach to the quasiparticle interference on the surface of a strong topological insulator
拓扑绝缘体具有独特的自旋轨道耦合的表面态。在表面存在杂质的情况下，准粒子干涉图样是揭示表面态拓扑性质的有效方法，可以用扫描隧道显微镜进行探测。在本文中，我们提出了一个一般的解析公式的局域态密度使用固定相近似。本文讨论了具有一般形状的等能量围道的Friedel振荡的幂律。特别是，我们预测独特的签名的磁性杂质相比，在一个表面状态被困在一个“磁墙”的磁性杂质。
2012-02-08 cond-mat.mes-hall
Observation of topological Euler insulators with a trapped-ion quantum simulator
对称性在物质拓扑相的分类中起着至关重要的作用。虽然最近的研究已经建立了一个强大的框架来搜索和分类的拓扑相位的对称性指标的基础上，存在着一个大类的脆弱拓扑超出了描述。描述二维实波函数拓扑的Euler类是一种典型的脆弱拓扑，它具有交叉结点的非阿贝尔编织和高阶拓扑等重要性质.然而，作为脆弱拓扑的最小模型，由三个带组成的二维拓扑欧拉绝缘体仍然是一个重大的挑战，在实验中实现。在这里，我们实验上实现了一个三带哈密顿量来模拟一个拓扑欧拉绝缘体与捕获离子量子模拟器。通过量子态层析，我们成功地计算了欧拉类、威尔逊圈流和纠缠谱，展示了哈密顿量的拓扑性质。我们还测量了最低能带的Berry相位，说明了欧拉类保护的四个交叉点的存在。被困离子量子模拟器的灵活性，进一步使我们能够探测动力学拓扑特征，包括skyrmion-antiskyrmion对和霍普夫链接的动量-时间空间从淬火动力学。我们的结果显示了量子模拟技术在研究奇异拓扑相方面的优势，为实验研究脆性拓扑相开辟了一条新的途径。
2022-01-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.quant-gas physics.atom-ph
Effective action approach to the filling anomaly in crystalline topological matter
本文用有效作用量方法统一描述二维磁性高阶拓扑绝缘体的体态与边界响应，证明边界电荷和填充反常源于引力GJA响应作用量，并建立了体态向错响应与边界理论之间的具体联系。
2023-05-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Shift insulators: rotation-protected two-dimensional topological crystalline insulators
研究了旋转对称性保护下拓扑晶体绝缘体的二维紧束缚模型。该模型通过堆叠两个具有相反陈数的陈绝缘体来构建，其在旋转群的共轭表示下变换，例如$p_\pm$轨道。尽管它与凯恩-梅勒模型有着明显的相似性，但它并没有稳定的无隙表面态。尽管如此，该模型表现出拓扑响应，包括量子化的分数电荷绑定到旋转缺陷（向错）的外观和响应于穿过基本磁通量的角动量泵，这是由电磁规范场和对应于旋转对称性的有效规范场之间的相互Chern-Simons耦合描述的。此外，我们表明，虽然填充带的模型不承认一个对称的Wannier表示，这种障碍被删除后，添加适当的原子轨道，这意味着“脆弱”的拓扑结构。因此，模型的响应可以通过将其表示为具有正整数系数和负整数系数的原子轨道的叠加来导出。作为旋转保护的2D TCI的一个典型例子的模型分析后，我们表明，所有的TCI保护点群对称性，没有保护的表面状态是原子绝缘体或脆弱的阶段。值得注意的是，这意味着无带隙表面态存在于自由电子系统中，当且仅当存在稳定的Wannier阻塞。然后，我们使用降维映射问题的旋转保护的2D TCIs的分类到零维（0 D）的问题，然后使用它来获得完整的非相互作用的分类，这样的TCIs，以及减少这种分类中存在的相互作用。
2019-07-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
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
Fractionally Quantized Electric Polarization and Discrete Shift of Crystalline Fractional Chern Insulators
本文通过数值计算证明晶体分数陈绝缘体具有分数量子化电极化和离散位移，并展示如何用蒙特卡罗方法从含晶格缺陷的模型波函数中提取这些超越已知拓扑响应性质的不变量。
2024-11-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el quant-ph
Pentagonal nanowires from topological crystalline insulators: a platform for intrinsic core-shell nanowires and higher-order topology
International Research Centre MagTop, Institute of Physics, Polish Academy of Sciences（波兰科学院物理研究所磁顶国际研究中心）；Institute for Advanced Study, Shenzhen University（深圳大学高等研究院）；Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR-SPIN), Unitá di Ricerca presso Terzi c/o Universitá “G. D’Annunzio”（意大利国家研究委员会（CNR-SPIN）第泽齐研究单元/阿布鲁佐大学）
本研究通过实验和计算揭示了五边形拓扑晶体绝缘体纳米线的形成机制，展示了其作为高阶拓扑和分数电荷平台的潜力。
2024-05-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Large discrete jumps observed in the transition between Chern states in a ferromagnetic Topological Insulator
在拓扑绝缘体中，当表面态被磁化时，量子化霍尔电阻的出现是一个惊人的预测。表面狄拉克态在表面上的任何地方都是带隙的，但手性边缘态仍然存在。在外加电流下，边缘态产生的量子化霍尔电阻等于陈数C = +1或-1（自然单位），即使在零磁场下也是如此。这种量子反常霍尔效应是由Chang等人观察到的。随着磁场的反转，由于磁各向异性，系统被困在一个亚稳态。在这里，我们调查如何系统逃脱的亚稳态在低温（10-200 mK）。当耗散（由纵向电阻测量）是超低的，我们发现，该系统逃脱了几个，非常快速的过渡，检测到的霍尔和纵向电阻的大跳跃。使用初始跳跃发生的场来估计逃逸率，我们发现，提高温度强烈抑制率。从电阻与栅极电压和温度的详细映射，我们表明，耗散强烈影响逃逸率。我们比较观察与耗散量子隧穿预测。在超低耗散区，存在两个温度标度T1 = 70 mK和T2 = 145 mK，在这两个温度标度之间可以观察到跳跃。跳跃显示了延伸到大部分样本的空间相关性。
2016-03-07 cond-mat.mes-hall
Topological Insulators and Metals in Atomic Optical Lattices
我们提出了用囚禁在光晶格中的冷原子实现拓扑量子态的方法。我们讨论了一个实验装置，产生一个二维六角晶格中存在的光诱导的周期性矢量势，这代表了实现的Haldom模型与冷原子。我们从理论上确定了观察拓扑状态所需的条件，并表明其中两个关键条件是：1）实现尖锐的边界和2）最小化任何光滑变化的组件的限制潜力。我们认为，与凝聚态对应物不同，冷原子拓扑量子态可以i）“看到”，通过映射出特征手征边缘态，ii）控制，通过控制周期矢量势和限制势的性质。
2009-01-26 cond-mat.mes-hall quant-ph
Information Trapping by Topologically Protected Edge States: Scrambling and the Butterfly Velocity
本文利用非时序关联函数研究一维拓扑绝缘体和超导体中扰动的传播，发现信息可被拓扑保护边缘态俘获并与体态解耦，波前以蝴蝶速度线性传播。
2023-11-16 cond-mat.mes-hall
Devil's staircase of topological Peierls insulators and Peierls supersolids
我们考虑一个超冷玻色原子的混合物在一个由XXZ-玻色-哈伯德模型描述的一维晶格中，其中一个物种的隧穿依赖于第二个深陷阱物种的自旋状态。我们展示了如何列入反铁磁相互作用之间的自旋自由度生成一个魔鬼的楼梯的diely保护的拓扑相位宽参数制度通过玻色子模拟的Peierls机制在电子-声子系统。这些拓扑Peierls绝缘体是对称性破缺拓扑相的例子，其中由于自发对称性破缺而产生长程序与诸如分数边缘态的拓扑性质共存。此外，我们确定了一个区域的超固相，不需要长程相互作用。相反，它们的出现是由于佩尔斯不相容性机制，其中竞争秩序修改了佩尔斯绝缘体的潜在晶体结构，成为超流体。我们的工作表明，超冷原子系统提供的可能性，以调查强相关的拓扑现象超出了那些在自然材料中发现的。
2022-06-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.quant-gas cond-mat.str-el
Non-equilibrium phase precursors to the insulator-metal transition in V2O3
发现物质的新相是现代物理学的核心。在量子材料中，原子尺度相互作用的细微变化可以引起宏观性质的巨大变化，并驱动相变。尽管它们的重要性，支持相变的中尺度过程往往仍然难以捉摸，因为原子和电子的变化和热力学转变之间的时间尺度的巨大差异。在这里，我们光诱导和直接观察与X射线散射的超快增强的结构长程序中的原型莫特系统V2 O3。尽管晶体对称性的超快变化，但晶胞体积的变化慢一个数量级，并且与绝缘体到金属的转变相一致。时域中两个结构响应之间的解耦凸显了瞬时光致前体相的存在，该相与平衡中存在的两个结构相不同。X射线纳米显微镜显示，声学声子被困在纳米级块治理的超快过渡到前体相的动力学，而成核和金属域的生长决定的时间较慢的过渡到金属相。在电子跃迁完成之前长程序的增强表明了非平衡结构相在关联电子系统的电子相变过程中所起的关键作用。
2017-09-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Optimizing the Stability of FETs Based on Two-Dimensional Materials by Fermi Level Tuning
本文提出通过调控沟道费米能级使其远离绝缘体缺陷带，在不改变陷阱总数的情况下减少电活性边界陷阱，从而显著降低二维材料FET的迟滞并提升可靠性，并通过不同掺杂石墨烯/Al$_2$O$_3$器件实验验证了该方法的有效性。
2021-04-26 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Ordinary lattice defects as probes of topology
Lehigh University（利哈伊大学）；The Pennsylvania State University（宾夕法尼亚州立大学）
研究揭示普通晶格缺陷可通过探测电子布洛赫带的非平凡拓扑特性，实验展示其在拓扑超导体中可局域马约拉纳模，为拓扑器件设计提供新途径。
2026-04-20 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall quant-ph
Coupling between Exciton-Polariton Corner Modes through Edge States
最近实现的高阶拓扑绝缘体在理论和实验凝聚态界引起了极大的兴趣。二维二阶拓扑绝缘体产生零维局部角模，其驻留在系统的带隙内，以及边缘模，其占据与体模相邻的带边。由于拓扑性质，信息可以被困在这些系统的角落，即使在无序的情况下也不会受到阻碍。由于角点是局部的，角点状态之间的信息交换是一个问题。在这里，我们表明，在激子极化激元系统的非线性可以允许不同的角落之间的耦合，通过基于光学参数散射的边缘状态，实现多个可连接的拓扑模式的系统。
2020-02-15 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
