Electrically tunable Floquet Weyl photon emission from Dirac semimetal Cd3As2
本文展示了3D狄拉克半金属Cd3As2中能带结构的光学和电学可调性，通过圆偏振光激发实现向Floquet Weyl半金属的转变并产生反常光电流，同时利用外部电场精确调控费米能级，实现了对THz发射螺旋度的大幅调制与控制，为量子计算和低功耗电子学提供了新途径。
2025-01-27 cond-mat.mtrl-sci
Tunable Electronic Band Structures and Zero-Energy Modes of Heterosubstrate-induced Graphene Superlattices
我们提出了一个可调的电子带隙和零能量模式在周期异质衬底诱导的石墨烯超晶格。有趣的是，带隙与非均匀衬底的比例之间存在近似线性关系（即，不同成分的百分比）在拟议的超晶格，和结构无序的关系的影响进行了讨论。在等宽非均匀衬底中，利用非对称势，零能态以狄拉克点的形式出现，并解析地给出了狄拉克点的位置。此外，狄拉克点仅在特定势时存在于$\mathbf{k}=\mathbf{0}$;每次出现时，群速度在$k_y$方向上消失，并发生共振。对于一般的非均匀衬底不等宽的情况，一部分零能态被解析地描述，不同的是，它们并不总是狄拉克点。我们的预测在异质衬底如SiO $_2$ /BN型上可以实现。
2016-04-28 cond-mat.mtrl-sci
High-Chern-number bands and tunable Dirac cones in $β$-graphyne
石墨烯是一种新兴的碳同素异形体，由于其能带结构中狄拉克锥的可调谐性，最近引起了人们的极大兴趣。在这里，我们表明，在$β$ -graphyne的自旋轨道耦合可以产生各种影响，其电子能带的拓扑性质。内在的自旋-轨道耦合产生高和可调的陈数带，这可能会主机拓扑和陈绝缘体，在存在和不存在的时间反演对称性，分别。此外，Rashba自旋轨道耦合可以用来控制布里渊区中狄拉克锥的位置和数量。这些研究结果表明，自旋轨道相关的物理在$β$ -graphyne是非常丰富的，特别是，该系统可以提供一个平台，实现一个二维材料与可调的拓扑性质。
2014-08-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Evolving Devil's staircase magnetization from tunable charge density waves in nonsymmorphic Dirac semimetals
虽然近年来已经发现了几种磁性拓扑半金属，但它们的能带结构远非理想，经常被费米能处的平凡带所掩盖。具有干净的线性分散带的方网材料显示出规避这个问题的潜力。CeSbTe是一种方网材料，具有多个磁场可控拓扑相。在这里，它表明，在这种材料中，甚至更高程度的可调谐性可以通过改变在方网图案的电子计数来实现。增加的电子填充导致结构畸变和电荷密度波（CDW）的形成。调制波矢量不断演变，导致多个离散CDW的区域和相应的复杂的“魔鬼阶梯”磁基态。观察到一系列分数量子化的磁化平台，这意味着CDW和集体自旋激发之间的直接耦合。它进一步表明，CDW创建一个强大的理想化的非对称狄拉克半金属，从而提供访问的拓扑系统具有丰富的磁性。
2021-07-14 cond-mat.mtrl-sci
Observation of tunable bandgap and anisotropic Dirac semimetal state in black phosphorus
黑磷由磷烯的堆叠层组成，磷烯是一种具有前景的器件特性的二维半导体。我们报道了利用原位表面掺杂技术在少层掺钾黑磷中实现宽可调带隙。通过能带结构的测量和计算，我们证明了一个垂直的电场从掺杂剂调制的带隙由于巨大的斯塔克效应和调谐的材料从一个中等的间隙半导体带反转半金属。在这个带反转的临界场，材料变成具有各向异性色散的狄拉克半金属，在扶手椅上线性，在Z字形方向上二次。黑磷的可调谐能带结构可以允许在电子和光电子器件的设计和优化中具有很大的灵活性。
2015-08-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tunable spin-valley coupling in layered polar Dirac metals
在非中心对称的金属中，自旋轨道耦合（SOC）在费米表面诱导动量相关的自旋极化。这是例证谷对比自旋极化在单层过渡金属二硫属化物（TMDC）与面内反转不对称。然而，在TMDC中，大量狄拉克费米子的谷位形被石墨烯类结构固定，这限制了自旋谷耦合的多样性。在这里，我们表明，层状极性金属BaMn $X_2$（$X =$ Bi，Sb）主机可调自旋谷耦合狄拉克费米子，这源于扭曲的$X$方网与面内晶格极化。我们发现，尽管更大的SOC，BaMnBi $_2$有大约十分之一的晶格畸变的BaMnSb $_2$，从理论上预测的自旋极化狄拉克谷的不同配置。这在实验上被观察到为两种材料之间在高场下的Shubnikov-de Haas振荡中的明显差异。BaMn $X_2$的可调谐自旋谷耦合特性使其成为一种很有前途的自旋谷电子器件材料。
2021-05-18 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Gate-Tunable Berry Curvature Dipole Polarizability in Dirac Semimetal Cd3As2
本文通过三阶非线性霍尔效应测量，揭示了狄拉克半金属 Cd3As2 纳米片中栅极可调的贝里曲率偶极子极化率，并证明其符号随费米能级穿过狄拉克点而改变，为拓扑电子学发展提供新途径。
2023-12-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Designing a family of 2D kagome monolayer $B_{18}S_{8}$, $B_{18}S_{8}H_{2}$, $B_{18}S_{6}X_{2}$ (X=Cl,Br,I) with tunable Dirac cones and high Fermi velocity
Wuhan University of Technology（武汉理工大学）
本文通过
2026-03-03 cond-mat.mtrl-sci
Electrically tunable multiple Dirac cones in thin films of (LaO)2(SbSe2)2 family of materials
自从石墨烯和拓扑绝缘体被发现以来，二维Dirac物理因其在基础物理和器件应用中的重要性而引起了凝聚态物理的极大兴趣。能够控制狄拉克锥的性质，如带隙和费米速度，对于各种新现象的发生和下一代电子器件的发展至关重要。基于第一性原理计算和解析有效模型，我们提出了一个新的狄拉克系统，该系统在具有外部栅电压的（LaO）2（SbSe 2）2族材料的薄膜中具有八个狄拉克锥。该系统的优点在于它的可调谐性：无隙狄拉克锥的存在，它们的位置，费米速度和各向异性都可以通过实验上可行的栅极电压来控制。我们确定层相关的自旋织构诱导的自旋轨道耦合作为潜在的物理原因的狄拉克锥在这个系统中的可调谐性。结果表明，在该体系中引入磁化，可以诱导出具有高陈氏数的电调谐量子反常霍尔效应。
2015-10-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tunable Dirac interface states in topological superlattices
相对论性狄拉克费米子在凝聚态物理中是普遍存在的。它们的质量与材料的能隙成比例，并且控制和调节质量的能力已经成为设计模拟高能粒子的量子现象并提供新的器件功能的必要工具。在拓扑绝缘体薄膜中，新的物质态可以通过杂化材料表面的无质量狄拉克态而产生。在这项工作中，我们从实验和理论上介绍了一个平台，这种杂交可以不断调整：Pb 1-xSnxSe拓扑超晶格。在该系统中，拓扑狄拉克态发生在拓扑晶体绝缘体Pb 1-xSnxSe和平凡绝缘体之间的界面处，以外延堆叠在彼此顶部上的拓扑量子阱（TQW）的形式实现。使用高品质的MBE生长的Pb 1-xSnxSe超晶格的磁光透射光谱，我们表明，穿透深度的TQW界面态，因此他们的狄拉克质量是连续可调的温度。这为设计拓扑系统的狄拉克质量提供了一条新的途径，并为利用Pb 1-xSn xSe拓扑超晶格实现物质的突现量子态铺平了道路。
2018-08-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tunable Weyl and Dirac states in the nonsymmorphic compound $\rm\mathbf{CeSbTe}$
近年来，人们对拓扑半金属的研究提出了许多新的拓扑相，这些相可以在实际材料中实现。除了狄拉克和外尔系统之外，这些系统还包括基于体电子结构中的流形能带简并的更多奇异相。拓扑半金属中的奇异态通常受到某种晶体对称性的保护，磁序的引入可以通过破坏时间反演对称性来影响这些奇异态。在这里，我们表明，我们可以实现丰富的各种不同的拓扑半金属状态在一个单一的材料，$\rm CeSbTe$。这种化合物可以表现出不同类型的磁序，可以通过施加小磁场轻松访问。因此，它允许调整电子结构，并且可以驱动它通过拓扑上不同的相的歧管，例如在高对称点处具有八重带交叉的第一非对称磁性拓扑材料。我们的实验结果得到了全磁群论分析和从头计算的支持。这一发现为研究磁性和拓扑学的相互作用提供了一个现实而有前途的平台。
2017-07-11 cond-mat.mtrl-sci
Gate tunable terahertz cyclotron emission from two-dimensional Dirac fermions
本研究利用HgTe量子阱中二维狄拉克费米子的特性，验证了固定磁场下背栅可调太赫兹回旋发射器的概念，实现250 GHz电调谐范围，预估优化后可在1-3 THz快速连续调谐，填补太赫兹间隙空白。
2023-07-21 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
Toward Tunable Magnetic Dirac Semimetals: Mn Doping of Cd$_3$As$_2$
National Laboratory of the Rockies（落基山国家实验室）；King's College London（伦敦国王学院）；National High Magnetic Field Laboratory（国家高磁场实验室）；National Renewable Energy Laboratory（美国国家可再生能源实验室）；University of Colorado, Boulder（科罗拉多大学博尔德分校）
通过Mn掺杂Cd$_3$As$_2$狄拉克半金属薄膜，实现电子结构相变，展示磁性掺杂在拓扑半金属中的应用潜力。
2026-01-26 cond-mat.mtrl-sci
Observation of a Smoothly Tunable Dirac Point in $Ge(Bi_{x}Sb_{1-x})_{2}Te_{4}$
本研究结合 FT-STS 和 ARPES 技术，发现拓扑系统 $Ge(Bi_{x}Sb_{1-x})_{2}Te_{4}$ 的 Dirac 点随 x 值线性移动并在 x=0.7 穿过 Fermi 能级，为未来拓扑自旋电子学应用提供了关键基础。
2021-10-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Universal gapless Dirac cone and tunable topological states in (MnBi$_2$Te$_4$)$_m$(Bi$_2$Te$_3$)$_n$ heterostructures
在新发现的磁性拓扑绝缘体MnBi $_2$ Te $_4$中，通过对磁性结构的调节，观察到了轴子绝缘体态和量子化的反常霍尔效应（QAHE）.相关的（MnBi $_2$ Te $_4$）$_m$（Bi $_2$ Te $_3$）$_n$异质结构具有增加的调谐旋钮，被预测为奇异拓扑状态的更通用的平台。在这里，我们报告的角度分辨光电子能谱（ARPES）的异质结构（MnBi $_2$ Te $_4$，MnBi $_4$ Te $_7$和MnBi $_6$ Te $_{10}$）的一系列研究。在MnBi $_2$ Te $_4$的（0001）面上观察到一个普遍的无带隙狄拉克锥。这是在鲜明的对比，从原来的反铁磁基态的预期差距，表明表面附近的磁性结构发生变化，可能是由于表面终止。在此期间，表面状态的电子带色散，大概占主导地位的顶面，被发现是敏感的底层MnBi $_2$ Te $_4$和Bi $_2$ Te $_3$层的不同堆叠。我们的研究结果表明，在（MnBi $_2$ Te $_4$）$_m$（Bi $_2$ Te $_3$）$_n$异质结构中，拓扑表面态的磁性和电子结构具有很高的可调谐性，这对于实现各种新颖的拓扑态是必不可少的.
2019-10-24 cond-mat.mtrl-sci
Tunable spin Hall and spin Nernst effects in Dirac line-node semimetals XCuYAs (X=Zr, Hf; Y=Si, Ge)
四元砷化物XCuYAs（X=Zr，Hf; Y= Si，Ge）属于1111型四元化合物的大家族，具有从$p$型透明半导体到高温铁基超导体等优异的物理性能。本文采用密度泛函理论计算方法研究了这些化合物的电子结构拓扑、自旋霍尔效应（SHE）和自旋能斯特效应（SNE）。首先，我们发现这四种化合物都是Dirac半金属，它们具有沿布里渊区边界$A$ - $M$和$X$ - $R$的非对称的双态保护的Dirac线节点和费米能级附近的低态密度（$E_F$）。第二，在这些考虑的化合物中的一些的固有SHE和SNE被发现是大的。特别地，计算的HfCuGeAs的自旋霍尔电导率（SHC）高达-514（$\hbar$ /e）（S/cm）。室温下HfCuGeAs的自旋能斯特电导率（SNC）也很大，为-0.73（$\hbar$ /e）（A/m-K）。此外，在这些化合物中的SHC和SNC的幅度和符号都可以通过改变所施加的电场方向或自旋电流方向来操纵。这些化合物中的SHE和SNE也可以通过化学掺杂或电选通来调节费米能级来增强。最后，对能带分解和$k$分辨的自旋Berry曲率的详细分析表明，这些大的SHC和SNC以及它们显著的可调谐性很大程度上源于费米能级附近存在大量的自旋轨道耦合带隙的Dirac点以及无带隙的Dirac线节点，它们产生了大的自旋Berry曲率.因此，我们的研究结果表明，四个XCuYAs化合物不仅提供了…
2020-07-30 cond-mat.mtrl-sci
Nonlinear transport of ballistic Dirac electrons tunneling through a tunable potential barrier in graphene
研究了偏压作用下倾斜势垒石墨烯在有限带隙和零带隙条件下的二阶电子隧穿和非线性输运性质。为了验证，结果从有限差分为基础的数值方法，这是开发用于计算透射和反射系数与动态可调（随时间变化的偏置场）的势垒分布，进行了比较与静态平方势垒和微扰理论的分析模型，使用Wentzel-Kramers-Brillouin（WKB）近似。对于一个偏置的障碍，传输系数和隧穿电阻的计算和分析，表明一个完全控制的峰值隧穿电阻的偏置场倾斜的障碍，栅电压的势垒高度，和能量的传入电子。此外，在石墨烯中的有限能隙被发现抑制迎面传输以及斜传输与大的横向动量。另一方面，对于无间隙石墨烯，发现了法向入射之外的狄拉克电子的过滤，并且可以用于设计电子透镜。所有这些预测的有吸引力的输运性质预计非常有用的开发新的电子和光学石墨烯为基础的设备。
2019-10-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tunable Dirac Fermion Dynamics in Topological Insulators
三维拓扑绝缘体具有绝缘体态和金属表面态的特征，其中包含了狄拉克费米子，它们表现为无质量的相对论粒子。这些狄拉克费米子在拓扑绝缘体中实现了许多新奇的量子现象，并在自旋电子学和量子计算中有潜在的应用。因此，必须了解狄拉克费米子的电子动力学，即，它们如何与其他电子、声子和无序相互作用。利用超高分辨角分辨光电子能谱研究了Bi_2（Te，Se）_3拓扑绝缘体中狄拉克费米子的动力学行为.我们直接揭示了这些拓扑绝缘体中的电子-声子耦合特征，并发现电子-无序相互作用是散射过程中的主导因素。Bi 2（Te 3-xSex）拓扑绝缘体中的狄拉克费米子动力学可以通过改变组分x或通过控制载流子来调谐。我们的研究结果为理解拓扑绝缘体中狄拉克费米子的电子动力学和工程设计其表面态的基础研究和潜在应用提供了重要信息。
2013-02-01 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Three-Dimensional Dirac Electrons at the Fermi Energy in Cubic Inverse Perovskites: Ca_3PbO and its Family
用第一性原理方法研究了立方反钙钛矿Ca_3PbO及其族的能带结构。对能带结构的仔细观察表明，在γ-点和X-点的连线上以及布里渊区的对称等效点上，存在6个质量很小的等效狄拉克电子。所发现的狄拉克电子是三维的，并且非常精确地位于费米能量处。本文还建立了描述低能量能带结构的紧束缚模型，并用它讨论了这种材料中狄拉克电子的起源。本文还研究了与Ca_3PbO有关的材料，提出了这一系列材料中Dirac电子的设计原则。
2011-08-18 cond-mat.mtrl-sci
Tunable Topological Dirac Surface States and Van Hove Singularities in Kagome Metal GdV${_6}$Sn${_6}$
基于过渡金属的kagome材料是研究新型拓扑电子态和相关现象的前沿。迄今为止，在理想化的二维kagome晶格中，拓扑非平凡的狄拉克表面态（TDSS）还没有被明确观察到，TDSS和范霍夫奇点（VHS）的操纵仍然在很大程度上未被探索。在这里，我们揭示了TDSS起源于Z ${_2}$体拓扑结构，并确定了多个VHS附近的费米能级（$\textit{E}$ ${_F}$）的磁性可果美材料GdV ${_6}$ Sn ${_6}$。利用原位表面沉积钾，我们成功地实现了对TDSS和VHS的操控。TDSS的狄拉克点可以从上到下（$\textit{E}$ ${_F}$）进行调整，这会逆转费米表面处自旋织构的手性。这些结果建立了GdV ${_6}$ Sn ${_6}$作为一个迷人的平台，研究非平凡的拓扑结构，磁性和相关效应本地戈薇晶格。他们还提出了基于可果美材料的自旋电子器件的潜在应用。
2022-09-21 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Strain-tunable Dirac semimetal phase transition and emergent superconductivity in a borophane
本研究基于第一性原理计算，发现新型硼烷$β_{12}$-$\ m {B_5H_3}$不仅具备应变可调的狄拉克半金属相变特性，还展现出临界温度可达42 K的优异超导性，为研究二维狄拉克半金属量子相变与超导相互作用提供了理想平台。
2024-09-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Hybrid Dirac Semimetal in CaAgBi Materials Family
根据其形成机制，三维系统中的狄拉克点可以分为偶然的或本质的。根据狄拉克锥谱是否沿某个方向完全翻转，前者又可进一步分为Ⅰ型和Ⅱ型。在这里，我们预测的所有三种狄拉克点共存的低能量能带结构的CaAgBi族材料与填充纤锌矿结构。两对偶然的狄拉克点位于旋转轴上，一对是I型，另一对是II型;而另一个基本的狄拉克点则固定在布里渊区边界上的高对称点上。由于破缺的反转对称性，除了沿着旋转轴之外，在偶然的狄拉克点周围的带简并被完全提升，这可能使得能够在具有双负折射效应的弹道pn结处分裂手征载流子。我们澄清了它们的对称性保护，并找到了Dirac锥和费米弧拓扑表面态。
2017-06-13 cond-mat.mtrl-sci
PAI-graphene: a new topological semimetallic two-dimensional carbon allotrope with highly tunable anisotropic Dirac cones
利用进化算法预测晶体结构，提出了一种新的稳定的二维碳同素异形体，即PAI-石墨烯，它是由聚合的不对称引达省（PAI）以锯齿形排列组成的，其能量低于大多数已报道的石墨烯的二维同素异形体。最重要的是，晶体结构实现了一个非对称层组，该层组使能带结构具有非平凡的全局拓扑结构，其中两个狄拉克锥完美地位于费米能级。不存在电子/空穴袋使得PAI-石墨烯成为具有各向异性费米速度的原始结晶拓扑半金属，所述费米速度具有高值$7.0 \times 10^{5}$ m/s。我们发现，虽然半金属属性的同素异形体是强大的应变的应用程序，狄拉克锥和费米速度的位置可以修改显着应变。此外，通过组合沿x和y方向的应变，在$Γ$处发生两个能带反转，导致狄拉克节点的湮灭，证明了拓扑半金属到半导体的应变控制转换的可能性。最后，我们制定的散装边界对应的拓扑节点相的形式，一个广义的扎克相参数找到一个完美的协议与拓扑边缘状态计算不同的边缘终端。
2020-07-23 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Widely Tunable Optical and Thermal Properties of Dirac Semimetal Cd$_3$As$_2$
在本文中，我们报告了一个详细的分析的温度依赖的光学性质的外延生长的砷化镉（Cd $_3$ As $_2$），一个新发现的三维狄拉克半金属。动态费米能级调谐-从线性狄拉克锥中的保利阻塞激发-和变化的德鲁德响应，产生大的变化中，远红外光学特性。我们证明了热光位移大于传统的III-V族半导体，我们归因于所获得的大的热膨胀系数所揭示的第一性原理计算。对Cd $_3$ As $_2$薄膜的电子散射率、等离子体频率边缘、费米能级位移、光学电导率和电子有效质量进行了定量分析和讨论。我们的从头算密度泛函研究和实验分析的外延生长的镉$_3$作为$_2$承诺纳米光子和纳米电子器件的应用，如可重构的超材料和超表面，纳米热发射器，和片上定向天线。
2019-07-28 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.optics
Tunable spin-charge conversion in class-I topological Dirac semimetals
我们从理论上证明了第一类拓扑狄拉克半金属（TDSM）可以提供一个平台，实现电和磁可调自旋电荷转换。在时间反转对称的情况下，沿着单轴旋转轴（$z$ -轴）的自旋分量近似守恒，这导致各向异性自旋霍尔效应-所产生的自旋霍尔电流依赖于外部电场和$z$ -轴之间的相对取向。另一方面，磁场的应用破坏了时间反转对称性，将TDSM驱动到外尔半金属相，并且因此将自旋电流部分地转换为电荷霍尔电流。使用久保公式，我们数值计算的自旋和电荷霍尔电导率的基础上的一个低能量的TDSM哈密顿与塞曼耦合。除了自旋霍尔电导率$σ_{xy}^z$的常规张量元外，我们发现非常规的分量，如$σ_{xy}^x$和$σ_{xy}^y$，也存在并随着磁场的旋转而变化.同样，电荷霍尔电导率也表现出明显的可调谐性时的变化的磁场。我们表明，这种可调谐性-以及大的自旋-电荷转换效率-产生的TDSM的对称性和能带拓扑结构的相互作用。
2022-04-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Coexistence of flat bands and Dirac bands in a carbon-Kagome-lattice family
狄拉克带和平带很难共存，因为它们代表了电子性质的两个极端。然而，在本文中，我们基于第一性原理计算提出了一个碳-Kagome-lattice（CKL）族，并在这一系列三维碳结构中观察到Dirac和平坦带的共存.平坦带起源于Kagome晶格的轨道相互作用，而Dirac带则与碳锯齿链有关。紧束缚模型被用来解释在不同的CKL的各种能带结构。费米能级附近的平坦带和狄拉克带的共存意味着CKL结构可以作为超导体。此外，我们还研究了最薄的只含苯环的CKL片层的电子性质。在二维结构的能带谱中发现了平坦带，在空穴掺杂的情况下，由于强关联效应，平坦带分裂为自旋向上和自旋向下的带。
2016-01-06 cond-mat.mtrl-sci
Tunable Dirac Semimetals with Higher-order Fermi Arcs in Kagome Lattices Pd$_3$Pb$_2$X$_2$ (X = S, Se)
体边界对应在拓扑状态识别方面取得了巨大的成功。然而，这种优雅的策略并不适用于狄拉克半金属（DSM）。在这里，我们提出了Kagome晶格Pd $_3$ Pb $_2$ X $_2$（X = S，Se）是不含表面费米弧态的独特的I型DSM，它不同于以前熟知的DSM，如Na $_3$ Bi和Cd $_3$ As $_2$ . Pd $_3$ Pb $_2$ X $_2$的特征在于非平凡拓扑不变量Z $_3$，保证了高阶体铰链对应和高阶费米弧的存在，以及铰链上的分数角电荷。I型DSM位于若干拓扑相的相边界处，包括II型DSM和三维弱拓扑绝缘体。相变可以很容易地通过外部应变操纵。我们的结果为研究这些独特的DSM和相关的相变提供了可行的平台。
2022-11-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tunable interlayer magnetism and band topology in van der Waals heterostructures of MnBi2Te4-family materials
控制范德华磁性材料和异质结构的层间磁耦合是调整其磁性和电子性质以用于各种电子应用和凝聚态物理基础研究的关键。以MnBi_2Te_4族化合物及其异质结构为模型体系，采用第一性原理计算，系统地研究了层间磁耦合的符号和强度对组成元素的依赖关系.结果表明，这种耦合是由相邻七层磁性原子之间的p轨道链介导的长程超交换相互作用。层间交换在纯化合物中总是反铁磁性的，但在某些异质结构的组合中可以被调谐为铁磁性的，由d轨道占据决定。如果中间p电子离域，磁性原子的d带位于费米能级附近，则可以实现较强的层间磁耦合。对层间耦合机制的了解使我们能够设计MnBi2Te4系列材料以及许多其他绝缘范德华磁性材料和异质结构的磁性和拓扑性质。
2020-03-30 cond-mat.mtrl-sci
Inversion symmetry breaking induced triply degenerate points in orderly arranged PtSeTe family materials
精确地具有$C_{3v}$对称性的$k$路径允许在能带结构中找到三重简并点（TDP）。PtSe $_2$族材料中II型狄拉克点的路径也具有$C_{3v}$空间对称性。然而，由于Kramers简并（系统具有反演对称性和时间反演对称性），它们中的交叉点是Dirac交叉点。本文基于对称性分析、第一性原理计算和$k\cdot p$方法，预言了PtSe $_2$族材料在反转对称性破缺时会发生拓扑跃迁，\emph{i.e.} PtSe $_2$族材料中的狄拉克费米子分裂为PtSeTe族材料（PtSSe，PtSeTe和PdSeTe）中的TDP，且S/Se（Se/Te）有序排列.与高能物理中的情形不同，反演对称性破缺$I$导致狄拉克费米子分裂为外尔费米子。我们还提出了在实验中实现PtSeTe族材料有序排列的可能方法。我们的研究提供了狄拉克点转化为TDP的一个实例，有助于研究狄拉克费米子和TDP费米子之间的拓扑跃迁。
2018-03-03 cond-mat.mtrl-sci
Large band splitting with tunable spin polarization in two-dimensional ferroelectric GaXY (X= Se, Te; Y= Cl, Br, I) family
非中心对称材料中的自旋轨道耦合效应导致了动量空间中的带分裂和非平凡自旋极化，这已被普遍接受。然而，在某些情况下，在分裂带中可能发生零净自旋极化，被称为具有消失自旋极化（BSVSP）效应的带分裂，由第一布里渊区中的波矢量的非伪极性点群对称性保护[Liu et.例如，国家通信\textbf{10}，5144（2019）]。本文通过第一性原理计算，证明了具有面内铁电性的二维非对称Ga $XY$（$X$ = Se，Te; $Y$ = Cl，Br，I）族材料中存在BSVSP效应.以GaTeCl单分子膜为代表，我们观察到了位于导带底附近的$X-M$线分裂带中的BSVSP效应。利用基于对称性分析导出的$\vec{k}\cdot\vec{p}$哈密顿量，阐明了这种效应是由于波矢沿$X-M$线的非伪极性$C_{2v}$点群对称性抵消了局域自旋极化所致.重要的是，我们发现，自旋极化可以有效地通过施加一个外部的面外电场诱导，表明自旋电子学应用的电可调自旋极化是合理的。
2021-01-06 cond-mat.mtrl-sci
Tunable large spin Hall and spin Nernst effects in Dirac semimetals ZrXY (X=Si, Ge; Y=S, Se, Te)
ZrSiS型化合物是一类Dirac半金属化合物，由于其拓扑电子性质和潜在的应用前景，近年来引起了人们极大的兴趣。特别地，带隙的狄拉克节点可以具有大的自旋贝里曲率，并且因此引起大的自旋霍尔效应（SHE）和自旋能斯特效应（SNE），这可以用于在不施加磁场或磁性材料的情况下产生用于自旋电子学和自旋热电子学的纯自旋电流。本文基于相对论能带结构的\textit{ab initio}方法，研究了ZrXY（X = Si，Ge; Y = S，Se，Te）中的SHE和SNE。我们的理论计算表明，这些化合物中的一些表现出大的本征自旋霍尔电导率（SHC）和自旋能斯特电导率（SNC）。计算的ZrSiTe的SHC高达-755（$\hbar$ /e）（S/cm）。由于这些狄拉克半金属的电导率远小于具有$\sim$ 2200的最大本征SHC（$\hbar$ /e）（S/cm）的铂的电导率，这表明它们将具有比铂更大的自旋霍尔角。值得注意的是，我们发现，在这些化合物中的SHE和SNE的幅度和符号都可以通过改变电场方向或自旋电流方向来显着调谐，并且还可以通过经由化学掺杂稍微改变费米能级来优化。对计算的带分辨和$k$分辨自旋Berry曲率的分析表明，大的SHE和SNE以及它们显著的可调谐性源于这些狄拉克半金属中费米能级附近存在许多轻微自旋轨道耦合隙的狄拉克节线.我们的研究结果表明，ZrSiS型化合物是有前途的候选人自旋…
2019-11-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tailoring Dirac fermions by in-situ tunable high-order moire pattern in graphene-monolayer xenon heterostructure
近年来，人们在扭曲双层石墨烯（tBLG）和其他莫尔超晶格中发现了许多新的量子相，包括相关绝缘体、超导、磁性和拓扑态等。这些现象对莫尔超晶格非常敏感，它几乎不能快速或强烈地改变。在这里，我们报告的实验实现的一个高阶莫尔图案（高阶干涉图案）在石墨烯单层氙异质结构（G/magnesium），与莫尔周期在原位调谐从几个纳米到无穷大，通过改变晶格常数的magnesium通过不同的退火温度和压力。我们使用角分辨光电子能谱直接观察到石墨烯狄拉克锥的复制品出现，并在动量空间中相互靠近，因为莫尔图案在实空间中不断扩展。当莫尔周期接近无穷大时，两个复制品最终相互重叠，在狄拉克点处观察到谷间耦合引起的能隙，这是凯库勒畸变的表现。我们构造了一个连续的莫尔哈密顿量，它可以很好地解释实验结果。在G/mT下，莫尔哈密顿量的形式与tBLG下的莫尔哈密顿量的形式相似，并且在G/mT下，莫尔带的带宽较窄。然而，莫尔哈密顿耦合狄拉克费米子从不同的谷在G/mills，而不是从不同层的tBLG。我们的工作为研究莫尔条纹的连续演化及其对电子结构的调制效应提供了一个新的平台，为剪裁具有可调谷间耦合的狄拉克费米子提供了一种前所未有的方法。
2022-03-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Terahertz cyclotron emission from two-dimensional Dirac fermions
自从石墨烯出现以来，我们已经看到了几种实现在太赫兹频率范围内可调谐的朗道激光器的提议。希望是朗道能级与狄拉克费米子的非等距离可以抑制有害的非辐射俄歇复合。不幸的是，即使在这种非等距的情况下，朗道量子化的石墨烯中仍然存在不利的非辐射过程，并且到目前为止还没有报道狄拉克费米子的回旋辐射。消除这最后一个非辐射过程的一种方法是通过在线性能带结构中打开一个小间隙来充分修改朗道能级的色散。这种带隙的类石墨烯材料的经证实的实例是接近拓扑相变的HgTe量子阱。在这项工作中，我们实验证明朗道发射狄拉克费米子在这样的碲化汞量子阱，其中发射是可调的磁场和载流子浓度。因此，这些结果代表了在实现太赫兹朗道激光器的磁场和栅极电压调谐的进步。
2023-01-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Gate-tunable artificial nucleus in graphene
我们报道了通过原子注入将单个氮（N）掺杂剂作为面内人工核在石墨烯器件中原子精确地集成，以探测其栅极可调谐量子态和相关效应。N掺杂剂在导带中产生特征共振态，揭示了相对于狄拉克点高达350 meV的巨大载流子依赖性能量重整化，伴随着观察到的长程屏蔽效应。联合密度泛函理论和紧束缚计算与修改后的微扰势证实了实验结果，并突出了短程字符的N诱导微扰。
2021-11-17 cond-mat.mtrl-sci
Observation of Single Dirac Cone Topological Surface State in Compounds TlBiTe2 and TlBiSe2 from a New Topological Insulator Family
对新近提出的三维拓扑绝缘体族TlBiTe $_2$和TlBiSe $_2$进行了角分辨光电子能谱（ARPES）研究。对于这两种材料，我们表明，电子能带结构与$ab$ $initio$计算广泛的协议，通过调查整个表面布里渊区（BZ），我们证明，有一个单一的狄拉克锥驻留在BZ的中心，表明其拓扑非平凡性。对于TlBiSe $_2$，观察到的狄拉克点位于体价带的顶部，使其成为大能隙（$\geq$ 200 $meV$）拓扑绝缘体;而对于TlBiTe $_2$，我们发现在$M$点的体导带与$Γ$附近的体价带之间存在负间接能隙，使其在适当掺杂下成为半金属。有趣的是，我们观察到的TlBiTe $_2$的独特能带结构进一步表明TlBiTe $_2$可能是拓扑超导体的候选者。
2010-06-19 cond-mat.mtrl-sci
Realization of Lieb Lattice in Covalent-organic Frameworks with Tunable Topology and Magnetism
Lieb晶格是一种二维边耗尽的正方形晶格，由于其独特的能带结构，狄拉克锥被一个平坦带所包围（狄拉克平坦带）。到目前为止，虽然已经在实验中发现了一些人工Lieb晶格，但在真实材料中实现Lieb晶格仍然是不可实现的。本文基于紧束缚模型和第一性原理计算，预测了两种共价有机骨架（COFs），即，在最近的实验中合成的sp 2C-COF和sp 2N-COF实际上是基于有机配体的Lieb晶格的前两种材料实现。研究发现，晶格畸变可以控制狄拉克平坦带的带宽，并反过来决定其电子不稳定性对自发自旋极化载流子掺杂过程中。自旋-轨道耦合效应可以驱动扭曲Lieb晶格中的Dirac平坦带，这些带呈现出依赖于费米能级位置的非平凡拓扑性质。有趣的是，随着空穴掺杂浓度的增加，sp2 C-COF可以经历从顺磁态到铁磁态再到Néel反铁磁态的相变.我们的研究结果不仅证实了Lieb晶格在COFs中的首次物质实现，而且为在d-（f-）轨道自由的有机晶格中实现可调拓扑结构和磁性提供了一种可能的途径。
2019-09-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
A family tree of two-dimensional magnetic materials with tunable topological properties
具有非平凡能带拓扑结构的二维磁性材料可以产生具有重要应用潜力的奇异量子态。在这里，我们预测的二维磁性材料的可调拓扑特性的家谱，从母体材料的CrI3和CrBr3。基本的设计原理是，通过用V或Mn替换夹在卤素层之间的Cr蜂窝晶格的交替位置，平凡的铁磁绝缘体的母体材料已经成熟，可以转化为拓扑系统。具体来说，我们的第一性原理计算表明，由于带隙变窄和自旋轨道耦合之间的优雅的相互作用，CrI3分支成高温量子反常霍尔绝缘体的CrVI 6和CrMnI6具有不同的拓扑不变量，而CrBr 3分支成拓扑半金属的CrVBr 6和CrMnBr 6。这些新的2D磁体也被证明是很容易从他们的散装同行剥离。因此，本研究是面向推进领域的二维磁性材料的拓扑非平凡的境界。
2021-12-21 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Nonreciprocal charge transport in polar Dirac metals with tunable spin-valley coupling
本研究在层状极性金属BaMn$X_2$中实现了可调的大幅非互易电荷输运，揭示了自旋-谷耦合、费米能等对其的调控规律，为无结整流器件设计提供了新思路。
2025-01-13 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Phagraphene: A Low-energy Graphene Allotrope composed of 5-6-7 Carbon Rings with Distorted Dirac Cones
使用系统进化结构搜索，我们提出了一种新的碳同素异形体，phagraphene，代表penta-hexa-hepta-graphene，因为该结构由5-6-7个碳环组成。这种二维（2D）碳结构的能量低于大多数预测的2D碳同素异形体，因为它的sp2杂化和原子堆积密度与石墨烯相当。更有趣的是，phagraphene的电子结构扭曲了狄拉克锥。进一步证明了方向相关锥具有可调费米速度的抗外应变能力。
2015-06-16 cond-mat.mtrl-sci
New Family of Robust 2D Topological Insulators in van der Waals Heterostructures
我们预测了一个新的家庭的强大的二维（2D）拓扑绝缘体的范德瓦尔斯异质结构，包括石墨烯和硫属化物BiTeX（X=Cl，Br和I）。两种构成材料的层状结构产生自然光滑的界面，这有利于邻近诱导的新拓扑状态。第一性原理计算揭示了高达70-80 meV的内在拓扑非平凡体能隙，通过压缩可以进一步增强到120 meV。BiTeX中强的自旋轨道耦合对石墨烯的Dirac态有显著的影响，导致了拓扑非平凡的能带结构，这一点通过计算非平凡的Z2指数和金属边缘态的明确证明得到了证实.这种异质结构提供了一个独特的狄拉克输运系统，它结合了石墨烯的二维狄拉克态和拓扑绝缘体的一维狄拉克边缘态，并为创新器件设计提供了新的思路。
2014-06-12 cond-mat.mtrl-sci
Magnetically tunable Dirac and Weyl fermions in the Zintl materials family
最近的分类工作，包括晶体对称性揭示了丰富的可能性，固态系统，以支持挂毯的异国情调的拓扑状态。然而，找到实现这种状态的材料仍然是一个艰巨的挑战。在这里，我们展示了如何相互作用的拓扑结构，对称性，磁性结合掺杂和外部电场和磁场控制可以用来驱动以前未报道的SrIn $_2$作为$_2$材料家族到各种拓扑阶段。我们的第一性原理计算和对称性分析表明SrIn $_2$ As $_2$是具有$Z_2=(1;000)$和镜像陈数$C_M= -1$的对偶拓扑绝缘体。它的同构和等价反铁磁表亲EuIn $_2$ As $_2$被发现是与$Z_4= 2$的轴子绝缘体。在Sr $_{1-x}$ Eu $_x$ In $_2$ As $_2$中通过Eu掺杂破坏的时间反转对称性取决于磁易轴的取向导致更高阶或拓扑晶体绝缘体状态。我们还发现反铁磁EuIn $_2$ P $_2$是一个平凡的绝缘体，具有$Z_4= 0$，并且在外加磁场的驱动下，它经历了一个理想的Weyl费米子态或节费米子态与$Z_4= 1$。我们的研究确定了Sr $_{1-x}$ Eu $_x$ In $_2$（As，P）$_2$作为一种新的可调材料平台，用于研究外尔和节点费米子在晶体和轴子绝缘体状态的支架中的物理和应用。
2022-03-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tilted Dirac cones and topological transitions in strained kagome lattices
本文在含自旋轨道耦合的紧束缚模型中研究应变对笼目晶格的影响，发现单轴应变可产生倾斜狄拉克锥，并通过SOC打开能隙使平带具有非平凡Z2拓扑，证明中等应变可调控各向异性狄拉克能带及拓扑相变。
2023-02-28 cond-mat.mtrl-sci
Tunable band gap in germanene by surface adsorption
在零带隙锗烯中打开相当大的带隙而不严重损失载流子迁移率是其在纳米电子器件中应用的关键问题，例如在室温下操作的高性能场效应晶体管（FET）。利用第一性原理计算，我们发现在锗烯的狄拉克点处，碱金属原子的单面吸附导致了带隙的打开。该带隙可通过改变AM原子的覆盖率和种类来调节，范围从0.02至0.31 eV，并且最大全局带隙为0.26 eV。由于在表面吸附后的狄拉克点附近的锗烯中的电子和空穴的有效质量（范围从0.005至0.106 me）小，因此预计载流子迁移率不会降低太多。因此，锗烯是一个潜在的候选有效的FET沟道在室温下工作的表面吸附。
2013-12-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Intrinsic Second-Order Topological Superconductors with Tunable Majorana Zero Modes
本研究通过非对称Dirac半金属实现本征二阶拓扑超导体，通过调控边界亚晶格终止实现Majorana零模的可调性。
2025-12-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.quant-gas
Gate-tunable quantum oscillations in ambipolar Cd3As2 thin films
材料中的静电掺杂可以通过改变费米能级位置或引入奇异相而导致各种激发电子性质，例如金属-绝缘体转变和超导性。Cd 3As 2是石墨烯的三维（3D）类似物，具有非凡的载流子迁移率，被预测为3D狄拉克半金属，最近的实验证实了这一特征。然而，到目前为止，大多数研究都集中在金属块体材料，已知具有超高的迁移率和巨磁阻，但有限的载流子传输可调性。在这里，我们报告的第一个观察到的栅极诱导的转变，从带传导到跳跃传导的单晶镉砷薄膜通过静电掺杂的固体电解质门控。极端的电荷掺杂使得能够在通过分子束外延生长的50 nm厚的Cd 3As 2薄膜中意外地观察到p型导电性。更重要的是，当Cd 3As 2的维数降低时，栅极可调谐的Shubnikov-de Haas（SdH）振荡和温度依赖的电阻揭示了独特的能带结构和带隙开放。我们的第一性原理计算也证实了这一点。目前的研究结果提供了新的见解对纳米电子和光电应用的狄拉克半金属一般，并提供了新的路线在寻找有趣的量子自旋霍尔效应在低维狄拉克半金属，效果是理论预测，但尚未实验实现。
2015-09-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electrically Tunable Conductance and Edge Modes in Topological Crystalline Insulator Thin Films: Tight-Binding Model Analysis
基于镜像对称性和离散旋转对称性，提出了拓扑晶体绝缘体（TCI）薄膜的最小紧束缚模型。基本项由描述外尔半金属的自旋-轨道相互作用组成，其中无隙狄拉克锥出现在动量空间中的所有高对称点处。然后，我们引入的质量项提供的差距狄拉克锥在我们的处置。它们模拟了由[001]、[111]和[110] TCI表面制成的薄膜。TCI薄膜是由镜像对称性保护的拓扑绝缘体。利用电场破缺镜像对称性，分析了镜陈数、边缘模和电导。我们提出了一种多位拓扑场效应晶体管，通过施加电场独立的纳米晶体管的右边缘和左边缘。我们的结果将为拓扑电子学开辟一条新的途径。
2014-02-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electrically Tunable Band Gap in Silicene
本文计算了硅烯的电子结构及其在垂直于硅原子单层的电场中弱屈曲蜂窝晶格的稳定性。我们发现，电场产生一个可调的带隙中的狄拉克型电子光谱，间隙被抑制了约8倍的系统的高极化率。在低电场下，这种可调带隙（这是蜂窝晶格上的电子所特有的）与凯恩-梅勒自旋轨道耦合之间的相互作用引起从拓扑绝缘体到能带绝缘体的转变，而在高得多的电场下，硅烯变成半金属。
2012-02-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Long-range Phase Coherence and Tunable Second Order $ϕ_0$-Josephson Effect in a Dirac Semimetal $1T-PtTe_2$
本研究在II型狄拉克半金属$1T-PtTe_2$中发现由螺旋自旋-动量锁定诱导的大本征约瑟夫森二极管效应，提出可通过磁场调谐谐波相位的二阶$ϕ_0$-结，为研究约瑟夫森二极管效应及高阶超流输运提供理想平台。
2024-08-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Magnon Dirac materials
我们演示了如何产生一个狄拉克样的磁振子谱的局部磁矩形成一个二维蜂窝晶格。狄拉克交叉点被证明对磁振子-磁振子相互作用是鲁棒的，因为它们只会移动光谱。局域缺陷在狄拉克点附近引起杂质共振，以及磁振子弗里德尔振荡。狄拉克点的能量由交换耦合控制，因此二维磁点阵列是具有可调谐色散的狄拉克磁振子的实验上可行的实现。
2016-08-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Coexistence of Topological Dirac and Dirac Nodal line semimetal in SrCaP belonging to Nodal line semimetal family SrCaX(X= Bi, Sb, As, P)
本文通过从头计算发现 SrCaX（X=Bi、Sb、As、P）是受 Z2 贝里相位保护的狄拉克节线半金属，并在单一晶体中同时实现 II 型狄拉克点与拓扑节线半金属共存，为研究拓扑性质相互作用提供了理想平台。
2024-06-06 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Designer spin-orbit superlattices: symmetry-protected Dirac cones and spin Berry curvature in two-dimensional van der Waals metamaterials
该研究通过图案化邻近诱导自旋-轨道耦合实现可调相对论性能带，在石墨烯-过渡金属二硫化物异质结构中产生带大自旋贝里曲率的狄拉克带，支持栅极可调自旋霍尔响应，为二维量子材料设计和低功耗自旋电子学提供新途径。
2024-09-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Gate-tunable quantum pathways of high harmonic generation in graphene
在强激光场作用下，固体中的电子在亚激光周期时间尺度内通过布洛赫带中的量子路径辐射出高次谐波场。通过高次谐波辐射理解动量空间中的这些路径可以使全光学超快探测器能够观察相干光波驱动的过程并测量电子结构，如最近在半导体中所证明的那样。然而，这样的演示在很大程度上是有限的半金属，因为没有带隙阻碍了实验表征的确切途径。在本研究中，我们结合静电控制化学势和高次谐波测量，解析了强激光场作用下石墨烯中无质量狄拉克费米子的量子路径。高次谐波的电调制揭示了多光子带间激发通道之间的量子干涉。当光-物质相互作用偏离微扰区域时，椭圆偏振激光场通过带间和带内跃迁之间的复杂耦合有效地驱动无质量狄拉克费米子，理论计算证实了这一点。我们的研究结果铺平了道路强激光场层析成像狄拉克电子在各种量子半金属及其超快电子与门控。
2022-10-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
A Kagome-Derived Mosaic Lattice Family A3V9Te13 (A = Cs, Rb) with Tunable Strong Electronic Correlations
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）；Shenzhen Institute for Quantum Science and Engineering, Southern University of Science and Technology（南方科技大学量子科学工程学院）；International Quantum Academy（国际量子科学院）
研究发现新型钒基马赛克晶格材料Cs3V9Te13表现出重费米行为和可调密度波，通过化学压力调控其相变行为，揭示了重费米物理、密度波与量子无序的相互作用。
2026-09-04 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
