A topological phase transition from a trivial insulator to a $\mathbb{Z}_2$ topological insulator requires the bulk band gap to vanish. In the case of noncentrosymmetric materials, these phases are separated by a gapless Weyl semimetal phase. However, at finite temperature, the gap is affected by atomic motion, through electron-phonon interaction, and by thermal expansion of the lattice. As a consequence, the phase space of topologically nontrivial phases is affected by temperature. In this paper, the pressure and temperature dependence of the indirect band gap of BiTeI is investigated from first principles. We evaluate the contribution from both electron-phonon interaction and thermal expansion, and show that their combined effect drives the topological phase transition towards higher pressures with increasing temperature. Notably, we find that the sensitivity of both band extrema to pressure and topology for electron-phonon interaction differs significantly according to their leading orbital character. Our results indicate that the Weyl semimetal phase width is increased by temperature, having almost doubled by 100 K when compared to the static lattice results. Our findings thus provide a guideline for experimental detection of the nontrivial phases of BiTeI and illustrate how the phase space of the Weyl semimetal phase in noncentrosymmetric materials can be significantly affected by temperature.
Engineering Topological Surface States and Giant Rashba Spin Splitting in BiTeI/Bi$_2$Te$_3$ Heterostructures
强反型非对称拓扑绝缘体具有与反型对称绝缘体不同的性质，是目前研究的热点。特别是，人们希望在这样的材料中实现大的Rashba自旋分裂（RSS），它与拓扑表面态（TSS）相结合，可能会导致有用的自旋电子学应用。在本报告中，基于第一性原理计算，我们预测BiTeI/Bi $_{2}$ Te $_{3}$的异质结构是一个强的拓扑绝缘体与一个巨大的RSS。TSS和RSS在当前系统中的共存是原生的和稳定的。更重要的是，我们发现，这两个$\mathbb{Z}_{2}$不变量和Rashba能量可以通过工程的异质结构的层的几何形状来控制，和Rashba能量可以做得甚至大于散装BiTeI。我们的工作为设计基于反型非对称异质结构的拓扑自旋电子学器件开辟了一条新的途径。
Quantum spin Hall insulators in centrosymmetric thin films composed from topologically trivial BiTeI trilayers
量子自旋霍尔绝缘体预测十年前，现在实验观察到的是有助于突破纳米电子学，由于非耗散的自旋极化电子输运通过其边缘。为了在正常条件下持续这种传输，绝缘体应该在稳定的拓扑相中具有足够大的带隙。在这里，我们从理论上表明，量子自旋霍尔绝缘体可以实现在超薄膜构造从一个平凡的带绝缘体与强自旋轨道耦合。最薄的薄膜，具有足够大的反向间隙的实际应用是一个中心对称的六重层建立了两个反向堆叠的非中心对称的BiTeI三层。这个非平凡的六重层原来是人工设计的强三维拓扑绝缘体Bi $_2$ Te $_2$ I $_2$的结构元素。我们揭示了拓扑绝缘体如何由BiTeX家族（X=I，Br，Cl）的结构元素组成的一般原理，这为拓扑相的工程设计开辟了新的视角。
Enhanced quasiparticle dynamics of quantum well states: the giant Rashba system BiTeI and topological insulators
在巨大的Rashba半导体BiTeI电子表面散射与洛伦兹线宽观察到的表面终止和表面电位的变化表现出很强的依赖性。与拓扑绝缘体Bi 2 Se 3的比较表明，表面限制量子阱态是这些过程的起源。我们注意到增强准粒子动力学的散射率，这些国家的极化系统中的碰撞为主的制度。洛伦兹散射贡献的Eg对称性不同于拓扑绝缘体中相应信号的手征（RL）对称性，尽管两个系统都具有自旋分裂表面态。
最近的研究表明，在由两个反向堆叠的普通带绝缘体BiTeI结构单元构成的超薄膜中，可以实现量子自旋霍尔绝缘体（QSHI）相，其禁带宽度足以满足实际应用。在这里，我们研究的边缘状态的独立的Bi $_2$ Te $_2$ I $_2$六重层（SL）和电子结构的Bi $_2$ Te $_2$ I $_2$ SL上的天然BiTeI衬底。我们表明，该衬底上的Bi $_2$ Te $_2$ I $_2$ SL的拓扑性质保持$\mathbb Z_2$不变。我们还表明，超薄中心对称膜构造以类似的方式，但从相关材料BiTeBr是平凡的带绝缘体高达5 SL膜厚度。与Bi $_2$ Te $_2$ I $_2$相比，Bi $_2$ Te $_2$ I $_2$的非平凡SL在3D极限中的堆叠给出了强拓扑绝缘体（TI）相，强TI在3D Bi $_2$ Te $_2$ Br $_2$中实现，尽管SL是平凡的。对于BiTe $X$（$X$ =I，Br，Cl）系列的最后一种材料BiTeCl，二维和三维中心对称相的特征在于拓扑平凡的能带结构。
The d-p band-inversion topological insulator in bismuth-based skutterudites
方钴矿是近年来引起人们极大兴趣的一类笼状晶体材料，它是重费米子超导、激子介导超导态和Weyl费米子等异常现象的孕育地。在这里，我们预测了一个新的拓扑绝缘体在铋基方钴矿，其中涉及的拓扑带反转过程中的能带是d-和p-轨道，这是不同于通常的拓扑绝缘体，例如在Bi 2 Se 3和Bi Te I中，涉及的拓扑带反转过程中的能带只有p-轨道。由于大d电子态的存在，这种拓扑绝缘体中的电子相互作用比其他传统拓扑绝缘体中的强得多。通过结合能计算、声子模式分析和有限温度分子动力学模拟验证了新材料的稳定性。这种新材料可以为器件提供接近零电阻率的信号电流，有望在自旋电子学器件中得到应用。
First-principles calculations of the surface states of doped and alloyed topological materials via band unfolding method
拓扑材料最显著的特点之一是具有特殊的表面态，这是由其体材料的拓扑性质决定的。角分辨光电子能谱（ARPES）是研究表面态的有力工具，它可以进一步研究拓扑相变。然而，当体系掺杂或合金化时，由于能带结构严重折叠，很难将第一原理计算的能带结构与ARPES结果进行比较。我们应用这种方法研究了非磁性和磁性掺杂的拓扑绝缘体Bi $_2$ Se $_3$和拓扑晶体绝缘体Pb $_{1-x}$ Sn $_{x}$ Te的表面态。
Connecting thermoelectric performance and topological-insulator behavior: Bi$_2$Te$_3$ and Bi$_{2}$Te$_{2}$Se from first principles
热电性能对于诸如废热回收和固态能量转换的许多应用是令人感兴趣的，并且将被视为与拓扑绝缘体行为密切相关。在这种情况下，我们在这里报告的第一原理的传输和缺陷计算Bi $_{2}$ Te $_{2}$ Se的Bi $_{2}$ Te $_{3}$。这两种化合物被发现包含显着不同的电子结构，尽管是同构和等电子。我们讨论了这些化合物的拓扑绝缘体的特点，这些结果。
Prediction of topological insulating behavior in Hg2CuTi-type Heusler compounds from first principles
采用密度泛函理论中的第一性原理计算，研究了具有Hg 2CuTi结构的X2 YZ Heusler化合物的拓扑能带结构.我们的研究结果清楚地表明，大量的Hg_2CuTi型Heusler化合物自然地表现出明显的带反转特征，这主要是由Y-Z锌双晶亚晶格控制的。Hg 2CuTi型Heusler化合物与半Heusler族化合物相似，其拓扑能带阶对晶格常数的变化非常敏感，且大多数化合物具有负的形成能，这使得它们更适合于材料生长，并且通过合金化或适当的应变可以容易地实现拓扑绝缘行为。
First-principles prediction of a new family of layered topological insulators
研究了几十种层状V $_2$ IV $_2$ VI $_6$（V=P，As，Sb，Bi，IV=Si，Ge，Sn，Pb，VI=S，Se，Te）材料，其中几种已在实验中成功合成。其中，我们预测了9个强拓扑绝缘体（TI），2个强拓扑金属（TM）和近20个平凡绝缘体的平衡结构。的TI是在（1;111）拓扑类，具有从0.04到0.2 eV的范围内的能隙。强TM和平凡绝缘体分别属于（1;111）和（0;000）拓扑类。小的压缩应变很容易将一些不重要的绝缘体变成强的TI。该研究不仅丰富了拓扑材料家族，也丰富了范德华层状材料家族，为未来的自旋电子器件提供了有希望的候选材料。
Lattice-matched heterojunctions between topological and normal insulators: A first-principles study
拓扑不同区域之间的界面处的无间隙边界模是拓扑在物理学中最显著的表现之一。时间反演不变拓扑绝缘体（TI）的金属边界态是凝聚态中拓扑有序的一种表现形式，不仅由于其基本性质，而且由于其重要的实际意义而引起人们的广泛兴趣。这些边界状态是免疫的背散射和本地化，由于它们的拓扑起源，从而打开了可能性，以定制它们的潜在用途在自旋电子学和量子计算。TI和正常绝缘体（NI）之间的异质结是探索这种拓扑保护的金属边界状态的代表性场所，预计将构成未来基于TI的电子和自旋电子固态器件的构建块。在这里，我们报告了两个实验实现的TI和NI之间的晶格匹配的异质结，Bi $_2$ Se $_3$（0001）/InP（111）和Bi $_2$ Te $_3$（0001）/BaF $_2$（111）的第一性原理研究。我们从多体微扰理论中的$GW$近似以及密度泛函理论来评估这些界面处的能带偏移。此外，我们调查的拓扑界面状态，表明在这些晶格匹配的异质界面，他们是严格本地化和他们的螺旋自旋纹理以及保存在面向真空的表面。这些结果加在一起可能有助于设计依赖于自旋螺旋金属边界状态的TI的设备。
Intrinsic spin Hall effect in topological insulators: A first-principles study
研究了典型拓扑绝缘体Sb $_2$ Se $_3$，Sb $_2$ Te $_3$，Bi $_2$ Se $_3$，和块体形式的Bi $_2$ Te $_3$，在最大定域Wannier基下，利用密度泛函理论和线性响应理论，从第一性原理计算了结果表明，在费米能级附近，存在一个100- 200（$\hbar$ /2 e）（S/cm）的有限自旋霍尔电导率。虽然所得值比重金属小一个数量级，但由于其相对较低的纵向电导率，它们显示出相当的自旋霍尔角。自旋霍尔角为不同的化合物，然后比较最近的实验拓扑绝缘体/铁磁体异质结构。的比较表明，在产生自旋电流，从而在磁化切换应用中的自旋扭矩的散装的作用是可比的表面，包括自旋动量锁定的表面状态和Rashba-Edelstein效应在界面处。
A Geometric Design Principle for $\mathbb{Z}_2$ Topological Phases in Twisted Triangular-Lattice Bilayers
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凝聚态物理国家实验室）；University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）；Condensed Matter Physics Data Center of Chinese Academy of Sciences（中国科学院凝聚态物理数据中心）
First Principles Prediction of Topological Phases in Thin Films of Pyrochlore Iridates
近年来，拓扑相引起了人们的广泛兴趣。虽然有许多三维材料表现出拓扑性质，但除了众所周知的量子霍尔系统之外，二维材料的例子相对较少。在这里，我们使用密度泛函理论结合Hartree-Fock理论，包括完整的轨道结构的相关铱$d$ -轨道和强大的，但有限的自旋轨道耦合强度的拓扑相位的材料特定的预测。我们发现Y $_2$ Ir $_2$ O $_7$沿[111]方向生长的双层和三层薄膜可以支持直接带隙高达0.02 eV的拓扑金属相，这可能使过渡金属氧化物作为一类新的拓扑材料在氧化物电子学中具有潜在的应用前景。
