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
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
Expansive Open Fermi Arcs and Connectivity Changes Induced by Infrared Phonons in ZrTe5
覆盖大部分表面布里渊区（SBZ）的膨胀开费米弧对于许多拓扑现象的检测和控制是期望的，但到目前为止仅报道了Kramers-Weyl点，或非常规手性费米子，钉扎在手性材料中的时间反转不变动量。利用第一性原理能带结构计算，我们发现在BZ中心附近的手征度为+1/-1的常规Weyl点，在（001）面上投影时，也可以形成跨越SBZ边界的扩展开放费米弧，占据SBZ的大部分.我们揭示了这种膨胀的开放费米弧是从拓扑表面态演化而来的，这些拓扑表面态连接了拓扑绝缘体相的（001）表面上的多个表面狄拉克点，而没有晶格畸变。此外，我们发现，诱导开放费米弧的连通性可以改变的晶格畸变的大小，这种红外声子模式。因此，我们建议，使用相干光学声子调制晶格参数可以提供诱导新的拓扑特征，包括扩展开放费米弧和动态控制费米弧连接在ZrTe 5。
2020-12-03 cond-mat.mtrl-sci
Revealing Fano Resonance in Dirac Materials ZrTe5 through Raman Scattering
本研究利用拉曼散射测量探究了ZrTe5中的Fano共振，发现仅B2g I声子模式因较强的电声子耦合表现出Fano共振，且高温下该共振不对称性增强，揭示了电声子耦合、热效应与Fano共振间的复杂关联。
2025-05-29 cond-mat.mtrl-sci
Disruption of the accidental Dirac semimetal state in ZrTe$_{5}$ under hydrostatic pressure
研究了流体静压对五碲化锆磁输运性质的影响。在H $\parallel$ $T^{\ast}$的情况下，准线性磁电阻从常压下的3300 $\%$（9 T）急剧下降到2.5 GPa下的400 $\%$（14 T）。此外，量子振荡相位的变化从拓扑非平凡到平凡的是揭示了约2 GPa。两者都表明，压力打破了ZrTe $_{5}$中的偶然狄拉克节点。相比之下，对于H $\parallel$ $c$，在磁阻和量子振荡中可以看到细微的变化。在压力的存在下，ZrTe $_{5}$从一个高度各向异性的电子系统演变为一个几乎各向同性的电子系统，这伴随着偶然的狄拉克半金属状态的破坏。它支持了ZrTe $_{5}$是一个半三维Dirac系统的假设，沿两个方向线性色散和二次沿第三个方向。
2017-01-12 cond-mat.mtrl-sci
Excited States Band Mapping and Ultrafast Nonequilibrium Dynamics in Topological Dirac Semimetal 1T-ZrTe$_2$
本研究利用时间与偏振分辨的极紫外动量显微技术测绘1T-ZrTe$_2$的Fermi能级以上Dirac锥，并揭示其轨道织构及多谷非平衡载流子弛豫动力学。
2025-09-29 cond-mat.mtrl-sci
Landau level spectroscopy of massive Dirac fermions in single-crystalline ZrTe5 thin flakes
我们报告的红外磁光谱研究薄晶体的新兴狄拉克材料ZrTe 5附近的内在限制。观测到的朗道能级跃迁和零场红外吸收的结构表明，二维Dirac-like电子结构，类似于石墨烯中的电子结构，但具有对应于9.4 meV能隙的小相对论质量。用圆偏振光的测量揭示了一个显着的电子-空穴不对称性，这导致分裂的朗道能级跃迁在高磁场。我们的模型，基于Bernevig-Hughes-Zhang有效哈密顿量，定量地解释了所有观察到的跃迁，确定费米速度，狄拉克质量（或间隙），电子-空穴不对称性，以及电子和空穴g因子的值。
2017-03-23 cond-mat.mtrl-sci
Engineering a pure Dirac regime in ZrTe$_5$
本文以ZrTe5为例，展示了通过应变在特定Van der Waals间隙范围内原位调控能带结构，消除平庸Fermi口袋，从而获得纯三维Dirac半金属相，并调和了已有矛盾报道。
2022-12-05 cond-mat.mtrl-sci
Optical spectroscopy study of three dimensional Dirac semimetal ZrTe$_5$
三维拓扑Dirac材料是近年来研究的热点。输运和ARPES实验表明层状化合物ZrTe $_5$是其中之一。在这里，我们进行红外反射率测量，以研究这种材料的基本物理特性。导出的光学电导率表现出线性增加的频率低于正常的带间跃迁，这提供了第一个光学光谱证明的三维狄拉克半金属。此外，等离子体边缘在温度冷却时显著地向较低能量移动，这可能与晶格参数收缩的结果有关。此外，在频率依赖的光学电导率中出现了一个非常尖锐的峰，表明在联合态密度中存在Van Hove奇点。
2015-08-06 cond-mat.mtrl-sci
Revealing temperature evolution of the Dirac band in ZrTe$_5$ via magneto-infrared spectroscopy
本研究利用磁红外光谱探究了ZrTe$_5$中Dirac带的温度演化，发现带隙随温度变化的趋势不仅支持弱拓扑绝缘体相，也可通过导带-价带混合与带反转效应结合低温强拓扑绝缘体相来解释，为跨拓扑相变的带隙演化提供了新图景。
2023-07-27 cond-mat.mtrl-sci
Observation of quasi-two-dimensional Dirac fermions in ZrTe5
自石墨烯被发现以来，层状材料因其独特的电学和光学特性引起了人们的广泛关注。其中，Dirac半金属是最吸引人的类别之一，一直是石墨烯之外的层状系统中长期寻求的目标。最近，层状五碲化物ZrTe 5被发现托管狄拉克半金属的签名。然而，在ZrTe 5中的低费米能级强烈阻碍了通过光电子能谱测量全面了解电子态的全貌，特别是在导带中。在这里，我们报告的狄拉克费米子在ZrTe 5通过磁光和磁输运的观察。通过施加磁场，我们观察到朗道能级间共振和具有非平凡Berry相位的Shubnikov-de Haas（SdH）振荡的平方根B依赖性，这两者都是狄拉克费米子的标志。角相关的SdH振荡显示出明显的准二维特征，具有高度各向异性的费米面和能带拓扑，与3D狄拉克半金属如Cd 3As 2形成鲜明对比。这进一步证实了由角度相关的Berry相位测量和体量子霍尔平台的观察。理论上理解了独特的能带色散：系统处于3D狄拉克半金属和拓扑绝缘体相之间的临界点。由于ZrTe 5具有层间色散的限制和可降维性，我们的工作为探索Dirac费米子的奇异物理现象奠定了理想的平台。
2016-11-14 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Fermi surface geometry and momentum dependent electron-phonon coupling drive the charge density wave in quasi-1D ZrTe$3$
Dipartimento di Fisica, Università di Trento（特伦托大学物理系）
研究揭示ZrTe₃中电荷密度波的起源是费米面几何与动量依赖的电子-声子耦合的协同作用，后者起主导作用。
2026-05-08 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Temperature-driven Topological Phase Transition and Intermediate Dirac Semimetal Phase in ZrTe$_5$
我们对$_5$的红外光谱进行了研究，证实了最近的一个理论假设，即该材料在$T_p \simeq$ 138 K附近表现出从弱拓扑绝缘态到强拓扑绝缘态的温度驱动的拓扑量子相变和中间Dirac半金属态.我们的研究详细的温度演变的能隙在体电子结构。我们发现能隙在$T_p$附近闭合，其中光学响应表现出狄拉克半金属态的特征签名，即线性频率依赖的光学电导率外推到原点（减去弱Drude响应后）。这一发现使我们能够调和以前的分歧报告的拓扑性质的ZrTe $_5$的$T_p$，取决于晶体生长条件的变化。
2018-11-02 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Anomalous thermoelectric effects of ZrTe$_{5}$ in and beyond the quantum limit
热电效应是研究涌现材料拓扑性质的一个更敏感和更有前途的方法，但与其他物理性质相比，热电效应的研究较少。五碲化锆（ZrTe $_{5}$）由于其多重拓扑性质，近年来引起了人们的广泛关注。研究了磁场中ZrTe $_{5}$的热电效应，发现了几种反常的热电效应。当载流子仅为电子时，能斯特响应在零场附近具有台阶状的轮廓，这表明反常能斯特效应产生于非平凡的Berry曲率轮廓。热电势和能斯特信号都在强场量子极限下表现出奇异峰。在较高的磁场下，能斯特信号在热电势接近于零的临界场处具有符号反转。我们认为这些反常行为可以归因于Landau指数反转，这是由Dirac型Landau带的$\sqrt{B}$依赖性和塞曼能量的线性$B$依赖性（$B$是磁场）竞争的结果.我们对ZrTe $_{5}$反常热电性质的理解为在拓扑材料中探索Dirac物理开辟了一条新的途径。
2019-04-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Robust and tunable Weyl phases by coherent infrared phonons in ZrTe$_5$
超快光学控制各种量子材料的结构和电子特性最近引起了极大的兴趣。特别是，光诱导不同拓扑相位之间的量子相变被认为是实现超快拓扑量子计算机的一条很有前途的途径。在这里，我们使用第一性原理和有效的哈密顿方法表明，在ZrTe $_5$，一个分层的拓扑材料，晶格畸变对应于所有三种类型的区心红外光学声子模式可以驱动系统从强或弱的拓扑绝缘相的外尔半金属通过打破全球反演对称性。这样获得的外尔相是鲁棒的，高度可调的，并且由于外尔点接近费米能级并且缺乏其他载流子，因此是最干净的外尔相之一。我们进一步表明，诱导这种Weyl相所需的红外模式泵浦的量可以减少，如果与A $_g$拉曼模式泵浦，首先驱动系统的狄拉克半金属态结合使用。我们还发现，Berry曲率偶极矩（BCDM），引起的动力学反演对称性破缺，引起各种非线性效应的振幅的声子模式的振荡。这些非线性效应为控制Weyltronics使能的量子系统提供了一种新的开关。
2021-10-13 cond-mat.mtrl-sci
3D nature of ZrTe$_5$ band structure measured by high-momentum-resolution photoemission spectroscopy
我们利用$6$ eV光子能量对ZrTe $_5$进行了系统的高动量分辨率光电子能谱研究。我们测量了$Γ$点附近的能带结构，并将导带和价带之间的间隙量化为$18 \leq Δ\leq 29$ meV。我们还观察到归因于终态效应和材料能带结构的3D性质的光子能量依赖行为。我们的解释表明，差距是内在的，并调和不同的研究报告的拓扑表面状态的存在的差异。能隙的存在表明ZrTe $_5$不是三维强拓扑绝缘体，也不是三维狄拉克半金属.因此，我们的实验是一致的ZrTe $_5$是一个三维弱拓扑绝缘体。
2017-04-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Lifshitz transition mediated electronic transport anomaly in bulk ZrTe5
五碲化锆ZrTe $_5$是一种非常有吸引力的拓扑材料平台，在其高度各向异性的三维狄拉克带中含有奇异的手征费米子，在下一代信息技术的发展中具有巨大的潜力。然而，其异常电阻率峰值背后的起源几十年来一直在争论。在这里，我们提供的运输证据证实的异常是一个直接的表现，在狄拉克带的Lifshitz过渡的载流子迁移率超过3 $\times$ 10 $^5$厘米$^2$ V $^{-1}$ s $^{-1}$。我们表明，Lifshitz转变是容易控制的载流子掺杂，这设置异常峰温度$T_p$的装置。发现$T_p$的尺度近似为$n_H^{0.27}$，其中霍尔载流子浓度$n_H$与线性色散狄拉克带中的费米能级$ε_F$ $\propto$ $n_H^{1/3}$相关。这种关系表明，$T_p$单调增加与$ε_F$，这作为一个有效的旋钮微调输运性质的五碲基狄拉克半金属。
2017-01-18 cond-mat.mtrl-sci
Transition between strong and weak topological insulator in ZrTe$_5$ and HfTe$_5$
ZrTe $_5$和HfTe $_5$由于被理论预测为拓扑绝缘体（TI）而受到越来越多的关注。然而，随后的工作显示出许多矛盾的拓扑性质，三种可能的阶段，即强TI，弱TI，狄拉克半金属，已经观察到在不同的实验，直到现在。本质上，ZrTe $_5$或HfTe $_5$是否具有带隙仍然是一个问题。在这里，我们提出了详细的第一性原理计算的电子和拓扑性质的ZrTe $_5$和HfTe $_5$在不同的体积，并清楚地证明了拓扑相变从一个强TI，经过一个中间狄拉克半金属相，我们的工作可能对实验结果的分歧给出统一的解释，并为进一步的实验提供重要线索来阐明这些材料的拓扑性质。
2017-03-04 cond-mat.mtrl-sci
Electrical transport in nano-thick ZrTe$_5$ sheets: from three to two dimensions
ZrTe $_5$是一种新发现的拓扑材料。在单层ZrTe $_5$被预测为二维拓扑绝缘体之后不久，对块状ZrTe $_5$晶体进行了一些实验，然而这些实验表明其块状形式可能是三维拓扑狄拉克半金属。我们报告的第一个超薄ZrTe $_5$薄片的输运研究下降到10 nm。已观察到的厚度的温度依赖性的特征电阻率最大值的一个显着的调制。值得注意的是，金属的行为，发生在低于约150 K的散装，持续到超过320 K的薄片小于20纳米厚。此外，电阻率最大值可以通过离子门控来极大地调节。结合霍尔电阻，我们确定了半导体和半金属带的贡献。薄片中金属态的增强是能带移动的结果。我们的研究结果表明，能带结构敏感地依赖于薄膜的厚度，这可能解释了不同的实验观察块体材料。
2017-01-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Photoinduced Dirac semimetal in ZrTe5
从量子和拓扑保护中产生的具有独特性质的物质的新相是现代研究的重要推动力。特别令人感兴趣的是，这些阶段的工程需求使用超快的外部刺激，如光激发，这提供了他们的集成到未来的设备兼容的光通信和信息技术的前景。在这里，我们使用MeV的超快电子衍射（UED），以显示如何瞬态三维（3D）狄拉克半金属态可以诱导的飞秒激光脉冲在拓扑绝缘体ZrTe $_5$。我们观察到显着的变化，布拉格衍射，这是在光诱导状态下的键畸变的特点。利用UED得到的原子位置，我们对电子能带结构进行了密度泛函理论分析。我们的研究结果表明，ZrTe $_5$的平衡态是一个拓扑绝缘体，具有小的带隙为$\sim$ 25毫电子伏，与角分辨光电发射（ARPES）实验一致。然而，在光致瞬态中，在强自旋轨道耦合（SOC）的存在下，间隙是闭合的，其中无质量的狄拉克费米子出现在手性能带结构中。瞬态狄拉克半金属态的弛豫动力学的时间尺度是非常长的，$τ\sim$ 160 ps，这是两个数量级长于传统的声子驱动的结构弛豫。长弛豫与狄拉克谱中态密度的消失和伴随狄拉克费米子出现的SOC控制的能带结构的慢自旋复极化相一致。
2020-10-08 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Rashba-splitting-induced topological flat band detected by anomalous resistance oscillations beyond the quantum limit in ZrTe$_5$
本研究在三维狄拉克材料ZrTe$_5$中通过极性畸变辅助的Rashba劈裂实现了拓扑平带，并观测到超越量子极限的反常电阻振荡，为研究拓扑关联现象提供了内在平台。
2024-05-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Unraveling the topology of ZrTe$_5$ by changing temperature
我们研究了温度对ZrTe $_5$的拓扑性质的影响，它位于强和弱拓扑绝缘序之间的相界附近。使用第一性原理计算，我们表明，带隙和拓扑指数的ZrTe $_5$是非常敏感的热膨胀，电子-声子相互作用占三分之一以上的总温度相关的影响在ZrTe $_5$。我们发现，在强、弱拓扑绝缘体相中，带隙的温度依赖性具有相反的符号。基于这一见解，我们提出了一个强大的和明确的方法来确定任何给定的样品的拓扑性质的ZrTe $_5$：如果带隙随温度降低，它是一个强的拓扑绝缘体，如果它随温度增加，它是一个弱的拓扑绝缘体。一个类似的策略，预计将普遍适用于其他材料，并成为特别重要的拓扑相边界附近的其他方法提供模糊的结果。
2019-11-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Signature of pressure-induced topological phase transition in ZrTe$_5$
该研究利用半经典多载流子输运模型分析高压下ZrTe$_5$纳米器件，发现带隙闭合后重开的证据，揭示其由弱拓扑绝缘体向强拓扑绝缘体转变。
2024-10-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Origin of light-induced metastability in ZrTe$_5$
本研究通过时间分辨光电子能谱和理论计算揭示ZrTe$_5$中光致亚稳态源于光激发$A_{1g}$声子导致的带重整化，该重整化降低电子-空穴复合速率，使体系从直接带隙演化为间接带隙半金属。
2024-03-13 cond-mat.mtrl-sci
Revealing Hidden Inversion Symmetry Breaking in ZrTe$_5$ via Phonon-Assisted Heterodyne Amplification
Beijing National Laboratory for Condensed Matter Physics, Institute of Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院物理研究所凝聚态物理国家实验室）；School of Physical Sciences, University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学物理科学学院）；International Center for Quantum Materials, School of Physics, Peking University（北京大学物理学院量子材料中心）；Tsung-Dao Lee Institute, Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学汤川研究所）；Zhangjiang Institute for Advanced Study, Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学张江高等研究院）
本文利用太赫兹场诱导二次谐波产生（TFISH）结合声子辅助外差放大，在块体ZrTe$_5$中直接观测到平衡态反演对称性破缺，识别出沿a轴的体极性畸变，为理解其电子和拓扑性质提供了关键结构约束。
2026-09-14 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el physics.optics
Strain-tuned topological phase transition and unconventional Zeeman effect in ZrTe5 microcrystals
电子波函数的几何相位（Berry相位）是固体中拓扑性质的基本基础。调制能带结构为Berry相位提供了一个调谐旋钮，并且在极端情况下驱动拓扑相变。尽管拓扑材料研究取得了重大进展，但在同一材料中，在不同拓扑相之间进行调谐，同时追踪Berry相对量子电荷输运的影响仍然是一个挑战。在这里，我们报告都在ZrTe5的磁输运研究。通过调整单轴应变的能带结构，我们直接映射了一个弱到强的拓扑相变通过一个无隙的狄拉克半金属相通过量子振荡。此外，我们证明了应变可调自旋相关的Berry相位的塞曼效应通过量子振荡的振幅的影响。我们发现，这样的自旋相关的Berry相位，在很大程度上被忽略的固态系统中，是至关重要的狄拉克带拓扑材料中的量子振荡建模。
2022-01-11 cond-mat.mtrl-sci
Robust large-gap topological insulator phase in transition-metal chalcogenide ZrTe$_4$Se
基于密度泛函理论（DFT），我们研究了ZrTe $_4$ Se体材料和单层材料的电子性质. ZrTe $_4$ Se体材料的能带结构在单轴应变下发生半金属-拓扑绝缘体（TI）相变。在7%的拉伸应变下，最大禁带宽度为0.189eV。同时，$_2$不变量（0; 110）也证明了它是一个弱拓扑绝缘体（WTI）.（001）曲面的两个狄拉克锥进一步证实了非平凡拓扑性质。单层ZrTe $_4$ Se是一种量子自旋霍尔（QSH）绝缘体，带隙为86.4 meV，Z $_2$ =1，非平凡金属边缘态进一步证实了非平凡的拓扑性质。在拉伸应变为8%时，薄膜的最大禁带宽度为0.211eV.当压应变大于1%时，单层ZrTe $_4$ Se的能带结构发生了Ti-半金属转变。这些理论分析为寻找大禁带TI提供了一种方法，为拓扑纳米电子器件的应用提供了平台。
2021-06-08 cond-mat.mtrl-sci
Detailed Electronic Structure of the Three-Dimensional Fermi Surface and its Sensitivity to Charge Density Wave Transition in ZrTe3 Revealed by High Resolution Laser-Based Angle-Resolved Photoemission Spectroscopy
详细的电子结构信息是从微观水平理解电荷密度波有序本质及其与超导有序关系的关键。利用高分辨率激光角分辨光电子能谱（ARPES）研究了准一维CDW超导系统ZrTe 3中布里渊区中心附近的三维类孔费米面.双费米面片被清楚地解决了三维孔状费米面周围的区域中心。随着温度的升高，3D费米面显示出明显的收缩。特别地，沿着3D费米面的准粒子散射率在ZrTe 3的电荷密度波转变温度（~63 K）附近经历异常。电子-声子耦合的签名观察到在~20 meV的色散扭折，周围的3D费米表面的电子-声子耦合的强度是相当弱的。这些结果表明，3D费米面也是紧密相连的电荷密度波跃迁，并建议在整个电子结构的CDW相变在ZrTe 3引起的更全球性的影响。
2019-02-24 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Facile and fast growth of high mobility nanoribbons of ZrTe$_5$
最近，ZrTe $_5$受到了很多关注，因为它表现出各种拓扑相，如弱和强拓扑绝缘体，狄拉克半金属，和量子自旋霍尔绝缘体在单层极限。虽然大多数研究都集中在三维块体材料上，但由于其在器件应用中的优势，人们非常希望获得纳米结构材料。我们报道了ZrTe $_5$纳米带的合成和表征。通过硅辅助化学气相传输方法，可以生长厚度为20 nm的长纳米带。生长速率比用于生长块状晶体的先前方法快一个数量级以上。此外，输运研究表明，纳米带具有低无意掺杂和高载流子迁移率，超过30，000 cm $^2$ /Vs，这使得能够从量子振荡可靠地确定$ac$平面中的$π$的Berry相。我们的方法在生长高质量的ZrTe $_5$超薄纳米结构方面具有很大的潜力。
2018-03-04 cond-mat.mtrl-sci
Evidence for a Strong Topological Insulator Phase in $\mathrm{ZrTe_5}$
$\mathrm{ZrTe_5}$的复杂的电子性质最近刺激了深入的调查，分配这种材料的拓扑绝缘体或三维狄拉克半金属相。在这里，我们报告了一个全面的实验和理论研究的电子和结构特性的$\mathrm{ZrTe_5}$，揭示了散装材料是一个强大的拓扑绝缘体（STI）。通过角分辨光电子能谱学，我们确定在价带的顶部的表面和体状态。这些频带的色散被很好地捕获的STI的情况下，在我们的X-射线衍射研究中测量的特定的层间距离的从头计算。此外，这些研究结果得到了支持，揭示了样品表面的金属特性的扫描隧道光谱，从而证实了强的拓扑性质的$\mathrm{ZrTe_5}$。
2016-08-11 cond-mat.mtrl-sci
Magnetotransport properties of the new-type topological semimetal ZrTe
我们报道了ZrTe单晶的磁电阻、霍尔效应和量子Shubnikov-de Haas振荡的第一个实验结果。ZrTe是一种新的拓扑半金属，具有三重简并交叉点和Weyl费米子态。霍尔效应和量子振荡的分析表明，ZrTe是一个多带系统，具有低载流子密度、高载流子迁移率、小费米面截面积和轻回旋有效质量，这与许多拓扑半金属一样。同时，磁阻和量子振荡频率的角度依赖性进一步表明，ZrTe具有三维费米面，这是相当复杂的。我们的结果为实现不同于狄拉克和外尔费米子的新三分量费米子的奇异量子现象提供了一个新的平台。
2017-07-04 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Elastic and transport properties of topological semimetal ZrTe
拓扑半金属在电子学、自旋电子学和量子计算中有着重要的应用。最近，由于外尔费米子和无质量三重简并节点的共存，ZrTe被预测为一种新型的拓扑半金属。本文采用第一性原理计算和半经典玻尔兹曼输运理论相结合的方法研究了ZrTe的弹性和输运性质。计算了ZrTe的弹性常数，证明了ZrTe的力学稳定性，并计算了ZrTe的体积模量、剪切模量、杨氏模量和泊松比。结果表明，自旋轨道耦合（SOC）对ZrTe的Seebeck系数有轻微的增强作用，在300 K时，ZrTe的a（b）和c方向的Seebeck系数分别为46.26 $μ$ V/K和80.20 $μ$ V/K.通过比较ZrTe（300 K）的电导率实验值和计算值，确定了散射时间为1.59 $\times$ $10^{-14}$ s。沿a（b）和c方向的预测室温电子热导率分别为2.37 $\mathrm{W m^{-1} K^{-1}}$和2.90 $\mathrm{W m^{-1} K^{-1}}$。室温晶格热导率沿a（b）和c方向预测为17.56 $\mathrm{W m^{-1} K^{-1}}$和43.08 $\mathrm{W m^{-1} K^{-1}}$，显示出非常强的各向异性。计算结果表明，同位素散射对晶格热导率有明显的影响。值得注意的是，平均室温晶格热导率的ZrTe是略高于同构MoP，这是由于较大的声子寿命和较小的Gr $\mathr…
2017-08-29 cond-mat.mtrl-sci
Anomalous Hall effect at the Lifshitz transition in ZrTe5
五碲化锆ZrTe 5是一种拓扑半金属。温度诱导的Lifshitz转变的存在，其中费米能级从导带到价带随着温度的升高，提供了独特的机会来研究费米表面拓扑结构，狄拉克费米子的动力学，和Berry曲率之间的相互作用在一个系统中。在这里，我们提出了一个相结合的实验和理论研究表明，一个低能量的模型可以用来理解复杂的霍尔响应和大的反常霍尔效应观察到的ZrTe 5在很宽的温度和磁场。我们发现，异常霍尔贡献占主导地位的霍尔响应在一个狭窄的温度窗口周围的Lifshitz转变，远离轨道的贡献占主导地位。此外，我们的结果表明，拓扑相变与Lifshitz转变共存。我们的模型提供了一个统一的框架，以了解霍尔效应在半金属与大塞曼分裂和非平凡的拓扑结构。
2021-12-30 cond-mat.mtrl-sci
Optimized growth of large-size, high quality $\text{ZrTe}_5$ single crystals enabling clear quantum oscillations in electrical transport
Tsung-Dao Lee Institute, Shanghai Jiao Tong University（上海交大李政道研究所）；School of Physics and Astronomy, Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学物理与天文学院）；State Key Laboratory of Low Dimensional Quantum Physics, Department of Physics, Tsinghua University（清华大学物理系低维量子物理国家重点实验室）；Frontier Science Center for Quantum Information（量子信息前沿科学中心）
本文通过优化Te-流合成法，制备出大尺寸高质量ZrTe5单晶，实现了低磁场下的量子振荡和高迁移率，展示了生长控制对拓扑相变研究的重要性。
2026-03-20 cond-mat.mtrl-sci
Zeeman-splitting-induced Topological Nodal Structure and Anomalous Hall Conductivity in ZrTe$_5$
利用第一性原理计算得到的紧束缚（WFTB）模型，研究了三维ZrTe $_5$在塞曼分裂驱动下的拓扑结结构随外磁场（B）方向的变化.已知小的外部刺激可以驱动3D ZrTe $_5$进入包括狄拉克半金属的不同拓扑相。为了强调塞曼分裂的影响，我们考虑了三维ZrTe $_5$在一个强TI阶段与一个小的带隙。随着塞曼分裂大于带隙，WFTB模型表明，当B场与晶体$a$或$b$轴对齐时，形成由（滑移）镜像对称性保护的I型节环，否则，当导带和价带接触时，形成一对I型Weyl节点。我们表明，一对外尔节点可以通过形成一个节点环消失，而不是需要两个外尔节点相反的手征走到一起。有趣的是，当B场沿$c$轴施加时，从顶部两个价带的交叉处出现II型节环。当B场在$bc$平面内旋转时，该节环裂开形成II型外尔节点。比较WFTB模型和线性化的$k \cdot p$模型，发现后者在某些B场方向上的不足。进一步，利用WFTB模型，我们数值计算了由Berry曲率引起的本征反常霍尔电导率${σ_{ac}}$随化学势和B场方向的变化。我们发现，当B场在$ab$平面内从$a$轴倾斜时，${σ_{ac}}$突然增加。我们的WFTB模型也显示出显着的异常霍尔电导率引起的避免能级交叉，即使在没有外尔节点。
2019-10-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Observation and control of the weak topological insulator state in ZrTe5
一个量子自旋霍尔绝缘体主机拓扑状态在一维边缘，沿其反向散射的杂质是严格禁止和无耗散电流流动。它的三维类似物，一个弱拓扑绝缘体（WTI），具有类似的准一维拓扑状态限制在侧表面的晶体。相对于广泛研究的强拓扑绝缘体，增强的约束可以提供无耗散电流的途径和更好的应用优势。然而，拓扑侧表面通常是不可切割的，因此很难通过角分辨光电子能谱（ARPES）观察到，这阻碍了WTI的电子性质的揭示。在这里，我们可视化的拓扑表面状态的WTI候选人ZrTe5的第一次通过自旋和角度分辨的光电子能谱：一个准一维带与自旋动量锁定被揭示在侧面。我们进一步证明了ZrTe5的体带隙是由晶体的应变控制的，根据外部应变的方向实现了更稳定的WTI状态或理想的狄拉克半金属状态。我们在ZrTe 5中发现的高度定向的自旋电流和可调的带隙将为应用提供一个很好的平台。
2020-12-09 cond-mat.mtrl-sci
Magnetic freeze-out and anomalous Hall effect in ZrTe$_5$
当磁场将电子气限制在其最低的自旋极化朗道能级时，就达到了超量子极限。在这里，我们表明，在这个限制，电子掺杂的ZrTe $_5$显示金属-绝缘体的转变，其次是在低温下的霍尔和塞贝克效应的符号变化。我们将这种转变归因于电离杂质上的载流子的磁性冻结。载流子密度的降低导致自旋极化电子的反常霍尔响应。这种行为与通常的磁冻结情况不一致，发生在这种狄拉克金属中，因为它的费米能很小，带隙非常窄，$g$因子很大。我们讨论了不同的可能来源（内在的或外在的）这种异常霍尔贡献。
2022-05-04 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Electronic Evidence of Temperature-Induced Lifshitz Transition and Topological Nature in ZrTe5
拓扑材料是近年来研究的热点。虽然三维拓扑绝缘体越来越丰富，但二维拓扑绝缘体仍然很少见，特别是在天然材料中。ZrTe 5的反常输运性质一直是一个长期存在的难题;其潜在的起源仍然难以捉摸。最近，由于单层ZrTe 5是一个二维拓扑绝缘体，体相ZrTe 5中可能存在拓扑相变，因此重新引起了人们的兴趣。然而，ZrTe 5的拓扑性质仍有争议，因为一些实验指出它是三维或准二维狄拉克半金属。在这里，我们报告高分辨率的激光为基础的角分辨光电发射测量的ZrTe 5。ZrTe_5的电子性质主要由布里渊区中心的两个近线性色散带支配。这两个带被一个能隙分开，该能隙随着温度的降低而减小，但持续到我们测量的最低温度（~2 K）。整体电子结构表现出显着的温度依赖性;它从高温下具有空穴状费米口袋的p型半金属演变为约135 K的半导体，其电阻率呈现峰值，再到低温下具有电子状费米口袋的n型半金属。这些结果表明，在ZrTe 5的温度诱导的Lifshitz转变的明确的电子证据。他们提供了一个自然的理解的基本起源的电阻率异常在~135 K及其相关的反转的载流子型。我们的观察也提供了关键信息破译的拓扑性质的ZrTe 5和可能的温度诱导的拓扑相变。
2016-02-10 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Dirac phonons in two-dimensional materials
声子是实现稳定的无自旋二维（2D）狄拉克点的理想平台，因为它们具有玻色子性质和难以破坏的时间反演对称性。值得注意的是，由于历史问题，几乎所有报道的2D材料的声子色散中的双重简并节点都被错误地归类为“狄拉克点”。这些双重简并节点的正确名称应该是“Weyl”，因为2D声子系统本质上是无自旋的，并且每个双重简并点都由二维的Weyl模型描述。到目前为止，还没有关于二维材料中四重简并狄拉克点声子的报道。在这项研究中，我们搜索了整个80个层组（LGs），发现狄拉克声子可以在70个LGs中实现。此外，二维材料声子色散中的狄拉克点可分为本质简并点和偶然简并点，它们分别出现在高对称点和高对称线上。在对称性分析的指导下，我们确定了狄拉克声子在几个二维材料候选人与六个LG的存在。这封信提供了一种方法来识别二维狄拉克声子，并提出了二维材料的候选人实现狄拉克声子。
2022-11-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Substitution modulated transition from semimetal to superconductor in ZrTe$_{2-x}$Se$_x$ with coexistence of nontrivial electronic topology
Escola de Engenharia de Lorena - DEMAR, Universidade de São Paulo（圣保罗大学洛雷纳工程学院-DEMAR）；Universidade Federal do ABC, Centro de Ciências Naturais e Humanas（ABC联邦大学自然与人文中心）；Instituto de Ciências Tecnológicas e Exatas, Universidade Federal do Triângulo Mineiro（米纳斯吉拉斯三角区联邦大学技术与科学研究所）；Chair of Computational Condensed Matter Physics, Institute of Physics, École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL)（洛桑联邦理工学院物理学院计算凝聚态物理讲席）
通过等温化学气相输运生长高质量ZrTe$_{2-x}$Se$_x$晶体，发现Se替代Te诱导超导态，最高临界温度4.8 K，结合计算建立相图，表明ZrTe$_{1.85}$Se$_{0.15}$可能为拓扑超导候选材料。
2026-05-25 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Recipe for Dirac Phonon States with Quantized Valley Berry Phase in Two Dimensional Hexagonal Lattices
二维材料中的拓扑量子态是一个非常有趣的研究课题，其中电子相关系统的研究尤为重要。在这项工作中，我们提出了一个配方，导致狄拉克声子态的量子化谷贝里相位在二维六角晶格的第一性原理计算。我们表明，候选人拥有的三重旋转对称的角落里的六边形布里渊区主机谷狄拉克声子，这是保证保持完整的扰动。我们确定，这种特殊的拓扑结构的狄拉克声子填充功能可以实现在各种二维材料。特别是，单层CrI $_3$，一个有吸引力的二维磁性半导体与奇异的应用自旋电子学，是一个理想的平台，在实验中研究非平凡的声子。我们进一步证实了声子Berry相位在两个不相等的谷被量子化为$\pm π$。在声子狄拉克锥的投影处终止的声子边缘态清晰可见。这项工作表明，具有吸引力的谷狄拉克声子的二维六边形晶格将扩展谷物理的知识，提供广泛的应用拓扑声子。
2018-11-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Observation of magneto-phonon resonance of Dirac fermions in graphite
在石墨中观察到狄拉克费米子磁激子与光学声子的相干耦合，这两个耦合模的分裂与磁场有关，并且具有反交叉行为。尖锐的磁-声子共振发生在石墨样品的区域中，该区域具有优良的单层石墨烯的性质，具有增强的狄拉克费米子寿命。大大减少的载流子展宽到低于石墨烯电子-声子耦合常数的值解释了尖锐共振的出现，揭示了狄拉克费米子的基本相互作用。
2010-08-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Role of acoustic phonons in exotic conductivity of two-dimensional Dirac electrons
研究了二维狄拉克电子的声子散射对电导率的影响。电导率（$σ$）的温度（$T$）依赖性使用电子格林函数计算，其中杂质（$Γ_0$）和声子（$Γ_{\rm ph}$）都具有阻尼。对于零掺杂或小掺杂，当前快速通信关注的是，由于狄拉克电子和声子散射之间的竞争，$σ(T)$增加并且变得几乎恒定。$σ(T)$的这种奇怪行为归因于一种奇异的声子散射机制，在狄拉克锥的存在下，其动量空间被强烈缩小。对于大掺杂，由于费米面和声子的相互作用，$σ$减小。非常规的$T$的依赖性的电阻率$ρ(=1/σ)$小掺杂进行了比较与狄拉克电子在有机导体的实验。
2018-10-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Phonon limited mobility of the Dirac-Fermions in a three-dimensional Dirac semimetal Cd$_3$As$_2$
建立了三维狄拉克半金属Cd $_3$ As $_2$中狄拉克-费米子气体声子有限迁移率的理论模型，考虑了声学声子和光学声子的散射.考虑到屏蔽效应，发现它们导致流动性的显着增强。简单的分析方程和幂律得到的布洛赫Gruneisen和均分制度。研究了迁移率与温度$T$和电子密度$n_e$的关系。结果表明，在高温区，光学声子限制迁移率$μ_{op}$比声学声子限制迁移率$μ_{ap}$占优势. $μ_{ap}$和$μ_{op}$之间存在交叉，并且交叉温度$T_c$随着$n_e$的增加而向更高的值移动。我们的迁移率的计算与最近的实验数据符合得很好。并与传统的简并半导体三维电子气的结果进行了比较。
2019-07-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Two-Carrier Transport Induced Hall Anomaly and Large Tunable Magnetoresistance in Dirac Semimetal Cd3As2 Nanoplates
Cd_3As_2是狄拉克半金属的模型材料，在动量空间的三个方向上都具有线性色散关系。Cd_3As_2独特的能带结构使其同时具有Dirac性质和拓扑性质。它可以通过对称破缺被驱动到Weyl半金属或通过增强自旋轨道耦合被驱动到拓扑绝缘体。在这里，我们报告的温度和栅极电压依赖的磁输运性质的Cd 3As 2纳米板的费米能级附近的狄拉克点。霍尔异常表明，随着温度的降低，伴随着从n型到p型导电的转变的双载流子输运。载流子型转变的解释考虑温度依赖的自旋轨道耦合。磁电阻在高温下表现出很大的非饱和值，可达2000%，这归因于系统中的电子-空穴补偿。我们的研究结果对于理解与Dirac/Weyl半金属，如Na 3Bi，ZrTe 5，TaAs，NbAs和HfTe 5中的双载流子输运相关的实验观察是有价值的。
2016-05-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Symmetry-enforced three-dimensional Dirac phononic crystals
狄拉克半金属是指四个能带之间具有离散的线性交叉点（称为狄拉克点）的材料，是拓扑上不同相的临界态。这样的无隙拓扑态是通过带反转机制实现的，在这种机制中，狄拉克点可以通过微扰成对地湮灭，而不改变系统的对称性。在这里，我们报告的狄拉克点的实验观察，强制执行完全由晶体对称性，使用非对称的三维声子晶体。有趣的是，我们的狄拉克声子晶体主机四个螺旋拓扑表面状态，其中相反螺旋的表面状态交叉沿某些动量线的间隙，我们进一步的表面测量证实。新的狄拉克系统可能为研究难以捉摸的（伪）相对论物理提供新的机会，也为声学应用提供了一个独特的原型平台。
2020-01-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Geometric Origin of Phonon Magnetic Moment in Dirac Materials
本研究建立掺杂Dirac材料声子磁矩的几何理论，揭示其来自演生规范场与标架场耦合，并在Cd$_3$As$_2$中经第一性原理计算验证与实验一致。
2025-05-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Phonon softening near topological phase transitions
拓扑相变发生在电子能带改变其拓扑性质时，通常以带隙的闭合为特征。虽然拓扑相变对电子和光学性质的影响已被广泛研究，但其对声子性质和热输运的影响仍未被探索。在这项工作中，我们使用第一性原理模拟表明，某些声子模式显着软化附近的拓扑相变，导致声子-声子散射增加和晶格热导率降低。我们使用两个模型系统证明了这种效应：压力诱导的拓扑相变在$\rm ZrTe_5$和化学成分诱导的拓扑相变在$\rm{Hg_{1-x}Cd_{x}Te}$。我们把声子软化归因于与带隙关闭相关的紧急Kohn异常。我们的研究揭示了电子能带结构和晶格不稳定性之间的密切联系，并开辟了一个潜在的方向控制固体中的热传导。
2020-10-29 cond-mat.mtrl-sci
Gauge theory of giant phonon magnetic moment in doped Dirac semimetals
本研究提出掺杂狄拉克半金属声子磁矩的量子理论，基于演生规范场方法，结合第一性原理计算，发现磁矩与电霍尔电导率成正比，为拓扑材料动态大磁化提供指导。
2024-05-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Phonon-pump XUV-photoemission-probe in graphene: evidence for non-adiabatic heating of Dirac carriers by lattice deformation
我们调制的原子结构的双层石墨烯通过驱动其晶格在共振与面内E1 u晶格振动在6.3 μ m。使用时间和角度分辨光电子能谱（tr-ARPES）与极紫外（XUV）脉冲，我们测量的狄拉克电子附近的K点的响应。我们观察到，晶格调制导致异常的载流子动力学，与狄拉克电子达到较低的峰值温度和更快的速率相比，当激发远离声子共振或在单层样品中施加放松。冻结声子计算预测戏剧性的能带结构的变化时，E1 u振动的驱动，我们用来解释在实验中观察到的异常动力学。
2014-11-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Phonon-induced pseudogap phase in TiSe$_2$
Université de Bordeaux - CNRS - CEA, CELIA（波尔多大学）；European Theoretical Spectroscopy Facility, Institute of Condensed Matter and Nanosciences, Université catholique de Louvain（天主教鲁汶大学凝聚态物质与纳米科学研究所）；Institute of Nanoscience and Nanotechnology, National Center for Scientific Research ‘Demokritos’（德谟克利特国家科学研究中心纳米科学与技术研究所）；Ruprecht Haensel Laboratory, Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY（德国电子同步加速器研究所卢普雷希特·亨塞尔实验室）；Institute of Experimental and Applied Physics, Kiel University（基尔大学实验与应用物理研究所）；New Technologies-Research Center, University of West Bohemia in Pilsen（西波希米亚大学新技术研究中心）
通过时间分辨极紫外光电子能谱和第一性原理计算，发现强电子-声子耦合导致TiSe$_2$中形成声子诱导的赝能隙相，揭示了电荷密度波涨落对正常态电子结构的影响。
2026-07-01 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Decay and Frequency Shift of Inter and Intravalley Phonons in Graphene -Dirac Cone Migration-
通过考虑石墨烯中谷间和谷内声子的自能的解析表达式，我们描述了D，2D和D $'$拉曼谱带随掺杂（$μ$）和光激发能（$E_L$）的变化的行为。比较自能与观测到的二维带宽的$μ$依赖性，我们估计了组成谷间声子在$\hbar vq\simeq E_L/1.6$（$v$是电子的费米速度）的波矢$q$，并得出结论，自能作出了主要贡献（60%）的D和2D带的色散行为。$q$的估计是基于移位狄拉克锥的图像，其中当$μ< (vq-ω)/2$时，满足$q > ω/v$（$ω$是声子频率）的声子到电子空穴对的共振衰减被抑制。我们强调的事实是，在任意$μ$的电子-声子耦合强烈抑制谷间（和谷内纵向光学）声子与$q=ω/v$的衰减。这一特征与谷内横光学声子的发散行为相反，谷内横光学声子的发散行为与等离子体激元的偏振函数非常相似。
2013-01-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast electron-phonon scattering in antiferromagnetic Dirac semimetals
该研究针对拓扑反铁磁狄拉克半金属超快自旋电子动力学认知不足的问题，从理论上研究其电子-声子散射的自旋相关动力学，发现可通过超短时间载流子动力学识别各向异性能带结构的特征。
2025-04-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Inherited Berry curvature of phonons in Dirac materials with time-reversal symmetry
Visvesvaraya National Institute of Technology Nagpur（印度纳格浦尔维斯瓦纳特·纳拉扬·内赫鲁理工学院）
本文提出声子通过与时间反演对称晶体中电子耦合获得贝里曲率的模型，并以准二维狄拉克绝缘体BaMnSb2为例，证明其声子贝里曲率正比于电子谷陈数。
2025-11-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
