Anomalous transport in pseudospin-1 fermions
本文在半经典玻尔兹曼框架下研究带隙赝自旋-1费米子的输运，揭示轨道磁矩与磁场耦合破坏谷对称性、产生反常霍尔电导率，并发现磁阻符号随无序程度变化。
2022-11-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.quant-gas
Pseudospin-valve effect on transport in junctions of three-dimensional topological insulator surfaces
我们表明，原始的3D拓扑绝缘体（TI）的表面状态是类似的铁磁半金属由于一个出射动量独立的赝自旋（SU（2））自由度的表面上的完全极化。为了使这一主张站稳脚跟，我们提出了垂直于晶体生长轴的TI表面的结果，这清楚地表明，相同TI材料的两个这样的TI表面之间的隧穿电导是由这种半金属行为主导的，导致物理学让人想起自旋阀。进一步利用本文导出的广义隧道磁电阻，我们还研究了任意TI表面之间的隧穿电流。我们还进行了全面的研究，所有可能的表面电位允许时间反演对称性对这种自旋阀效应的影响，并表明它是强大的对大多数这样的潜力。
2016-07-20 cond-mat.mes-hall
Pseudospin-valley coupled edge states in a photonic topological insulator
在拓扑绝缘体（TI）的光子类似物中设计的伪自旋和谷自由度（DOF）为光学编码和鲁棒的信号传输提供了潜在的方法。在这里，我们观察到一个弹道边缘状态的自旋谷指数被锁定到沿谷光子晶体和亚晶之间的界面传播的方向模仿量子自旋霍尔效应。我们证明了抑制谷间散射的Y结形成在携带不同的自旋谷陈数的光子TI之间的接口。这些结果开辟了使用谷自由度来控制2D结构中的光信号流的可能性。
2018-04-08 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
Dynamical axion state with hidden pseudospin Chern numbers in MnBi$_{2}$Te$_{4}$-based heterostructures
轴子是一种假想的基本粒子，最初是为了解决粒子物理学中的电荷共轭-宇称问题而提出的。有趣的是，轴子态出现在拓扑绝缘体的有效理论中，并在凝聚态物理中引起了广泛的关注。时间反演或反转对称性约束了要被量化的轴子场$θ$。当时间反演和反转对称性都被反铁磁序打破时，轴子场$θ$会随着磁场涨落而变得非量子化和动态化，这被称为动态轴子场。在这里，我们揭示了广泛的一类拓扑绝缘体为基础的动力学轴子状态可以区分从正常的绝缘体为基础的一个隐藏的量从赝自旋陈数。受最近对MnBi $_{2}$ Te $_{4}$族材料的研究的启发，我们进一步表明，这种基于拓扑绝缘体的动力学轴子态有望在基于MnBi $_{2}$ Te $_{4}$的异质结构中实现，这将极大地促进凝聚态物理中轴子电动力学的研究。
2020-02-20 cond-mat.mes-hall
Layered Photonic Topological Insulators
最近实现的光子拓扑绝缘体带来了全新的光状态的发现和革命性的应用，如光子二极管的非互易器件和光路由的鲁棒波导。空间区别层赝自旋在二维电子材料中引起了人们的关注。本文报道了基于全介质双层光子晶体平板的层状光子拓扑绝缘体。层赝自旋的引入提供了更多的色散工程能力，导致了层极化和层混合的光子拓扑绝缘体。通过考虑非零层间耦合，用模型哈密顿量证明了它们的相变。在层极化光子拓扑绝缘体中发现了层向锁定行为。即使引入大的缺陷，在两个层混合的光子拓扑绝缘体之间的双层畴壁中也保持高透射率。层状光子拓扑绝缘体不仅提供了一条观测更丰富的非平凡相的途径，而且利用附加层赝自旋为器件在集成光子学和信息处理中的应用开辟了一条道路。
2018-12-21 cond-mat.mes-hall physics.optics
Anomalous localization behaviors in disordered pseudospin systems: Beyond the conventional Anderson picture
我们发现了一维无序势中赝自旋系统的新的Anderson局域化行为。对于赝自旋为1的系统，由于在正入射下没有后向散射和锥形能带结构的存在，波的局域化行为与正常无序系统的波的局域化行为完全不同。我们用数值方法和解析方法证明了存在一个临界随机势强度（$W_c$），它等于入射能量（$E$），当入射角$θ$一定时，局域化长度$ξ$随随机势强度$W$减小.但局域化长度在$W=W_c$处突然下降到最小值，然后立即上升，这在普通材料中是从未观察到的。入射角依赖的本地化长度有不同的渐近行为在两个区域的随机强度，与$ξ\propto \sin^{-4}θ$时$W<W_c$和$ξ\propto \sin^{-2}θ$时$W>W_c$。实验上，对于具有固定随机性强度$W$的给定无序样品，具有入射能量$E$的入射波将经历两种不同类型的局部化，这取决于是$E>W$还是$E<W$。在$E=W$存在一个急剧的转变是由于在系统中出现倏逝波时，$E<W$。这种局域化行为是赝自旋-1系统所独有的。对于赝自旋为1/2的系统，随着随机性的增加，存在一个最小的局域化长度，但从减小到最小局域化长度增加的过渡是平滑的，而不是突然的。在减少和增加的区域中，局部化长度的$θ$依赖性具有相同的渐近行为$ξ\propto \sin^{-2}θ$。
2016-12-12 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Synthetic gauge field and pseudospin-orbit interaction in a stacked two-dimensional ring-network lattice
研究了二维堆叠环网模型中人工规范场和赝自旋轨道相互作用的影响。该模型被引入到模拟光在相应的环形谐振腔晶格中的传播，因此是完全玻色的。没有这两个项目，该模型表现出Floquet-Weyl和Floquet拓扑绝缘体相的拓扑无带隙和带隙能带结构，分别。在该模型中实现的合成磁场的结果在一个光子平台中的三维霍夫斯塔德蝴蝶型光谱。由此产生的间隙的特征由相关的S-矩阵的缠绕数与体带的陈数。赝自旋-轨道相互作用定义为环中两个赝自旋自由度，即顺时针和逆时针模式之间的混合项。它破坏了Floquet-topological-insulator相，而具有多个Weyl点的Floquet-Weyl相可以通过打破空间反演对称性来保留。实现合成规范场和赝自旋轨道相互作用都需要一定的非互易性。
2016-12-22 cond-mat.mes-hall physics.optics
Observation of Antiferromagnetic Magnon Pseudospin Dynamics and the Hanle effect
我们报告的实验证明相干控制的磁振子自旋输运和赝自旋动力学的反铁磁绝缘体赤铁矿的薄膜利用两个Pt条的全电磁振子注入和检测。在探测器上测得的磁振子自旋信号揭示了其极性随外加磁场的振荡。我们定量解释我们的实验中的扩散磁振子运输和磁振子赝自旋的易平面各向异性和Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用所造成的相干进动。这一实验观察可以被视为电子汉勒效应和Datta-Das晶体管的磁振子模拟，开启了反铁磁振子的高潜力，实现了丰富的电子启发现象。
2020-12-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Orbital pseudospin-momentum locking in two-dimensional chiral borophene
近年来，在Rashba和拓扑绝缘体（TI）表面态中发现了由于自旋-轨道耦合（SOC）引起的轨道织构。在这里，我们预测了一个$p_x/p_y$轨道织构，在线性色散狄拉克带，产生在$χ$ - $h_0$硼手性单层的K/K'点。结合第一性原理计算和有效哈密顿量，我们证明了轨道赝自旋的方向与动量的锁定方式类似于TI的自旋纹理。此外，考虑到层赝自旋自由度，该晶格允许具有相等或相反手性的层的堆叠。反过来，我们通过设计的堆叠和外部电场控制的轨道纹理和层的本地化。例如，对于相反的手征性堆叠，电场允许轨道纹理狄拉克锥的开/关切换。
2019-08-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Exciting Pseudospin Dependent Edge States in Plasmonic Metasurfaces
我们研究了一个等离子体元表面，支持赝自旋相关的边缘状态限制在一个亚波长尺度，考虑充分的电动相互作用，包括延迟和辐射效应。等离子体纳米粒子晶格的空间对称性产生边缘态，其性质让人想起拓扑绝缘体中的量子自旋霍尔效应。然而，与拓扑绝缘体的自旋动量锁定特性不同，这些模式不是纯粹单向的，并且它们的传播特性可以通过分析电磁场的自旋角动量来理解，电磁场在晶格平面中是不均匀的。自旋角动量的局部符号决定了近场激发源下模式的传播方向。我们还研究了在远场激发下的光学响应，并详细讨论了辐射和延迟的影响。
2019-09-30 cond-mat.mes-hall physics.optics
Gate-dependent Pseudospin Mixing in Graphene/Boron Nitride Moire Superlattices
石墨烯中的电子由具有双组分赝自旋的相对论性Dirac-Weyl旋量描述1 -12。狄拉克电子独特的赝自旋结构导致了新出现的现象，如无质量的狄拉克锥2，反常量子霍尔效应2，3和克莱因隧道4，5在石墨烯。操纵电子赝自旋的能力对于新型石墨烯电子学是高度期望的，并且它需要精确控制以在原子水平上区分两个石墨烯子晶格。石墨烯/氮化硼（石墨烯/BN）莫尔超晶格，其中由于B-N原子导致的快速子晶格振荡叠加在缓慢莫尔周期上，提供了一种有吸引力的方法来设计石墨烯中的电子赝自旋13 -18。这种不寻常的莫尔超晶格导致旋量势与不寻常的电子赝自旋杂交，这可以直接通过红外光谱探测，因为光学跃迁对激发态波函数非常敏感。在这里，我们进行石墨烯/BN异质结构的显微红外光谱，并证明莫尔超晶格势是由一个pseudospin-mixing组件类似于一个空间变化的伪磁场占主导地位。此外，我们表明，旋量势敏感地依赖于栅极诱导的载流子浓度在石墨烯，表明从电子-电子相互作用的旋量势的强重整化。我们的研究提供了更深入的理解下旋量莫尔势的石墨烯赝自旋结构，以及令人兴奋的机会，以控制赝自旋在二维异质结构的新型电子和光子纳米器件。
2014-05-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Theory of pump-probe photoemission in graphene: Ultrafast tuning of Floquet bands and local pseudospin textures
用短脉冲激光控制固体的物理性质是超快材料科学的一个诱人的前景。在连续波高频圆偏振激光驱动下，可以诱导出具有准静态能带结构和量子霍尔效应的光-物质耦合新态--Floquet拓扑绝缘体.尽管设想的Floquet拓扑绝缘体需要良好分离的Floquet带，因此需要高频泵浦，但自然的后续问题是用现实的泵浦激光脉冲在石墨烯中产生Floquet样态。在这里，我们预测，在泵浦-探测实验中可以实现的短低频激光脉冲，在狄拉克点和新的赝自旋纹理的局部光谱间隙的状态可以在石墨烯中实现使用圆光偏振。我们证明，时间和角度分辨的光电子能谱可以跟踪这些状态，通过测量相当大的能隙和准Floquet能带，形成飞秒时间尺度。通过分析Floquet能级交叉和附近的狄拉克点的赝自旋纹理的快照，我们确定过渡到新的状态与光学诱导的非平凡的变化，可以导致Berry曲率修正的电输运和磁化的亚晶格混合。
2014-12-05 cond-mat.mes-hall
Unveiling pseudospin and angular momentum in photonic graphene
赝自旋是石墨烯固有的一个额外的自由度，在理解许多基本现象如反常量子霍尔效应、电子手性和克莱因悖论中起着关键作用。与电子自旋不同，赝自旋在传统上被认为是一个不可测量的量，不受斯特恩-格拉赫实验的影响。然而，最近有人提出，石墨烯赝自旋是一个真实的角动量，可能会表现为一个可观测的量，但到目前为止，这种动量的直接测试仍然没有成果。在这里，通过选择性激发两个子晶格的人工光子石墨烯，我们证明了赝自旋介导的涡旋产生和拓扑电荷翻转，否则均匀的光束与布洛赫动量穿越狄拉克点。通过线性无质量Dirac-Weyl方程的数值解的验证，我们证明了赝自旋可以完全转化为轨道角动量，从而坚持了赝自旋不仅仅是理论上的优雅，而是物理上可测量的信念。
2014-12-18 cond-mat.mes-hall
Large Anomalous Hall Effect in Topological Insulators with Proximitized Ferromagnetic Insulators
报道了由铁磁绝缘体Cr2 Ge 2 Te 6和拓扑绝缘体（Bi，Sb）2 Te 3组成的全碲化物异质结构中邻近驱动的大反常霍尔效应.尽管在（Bi，Sb）2 Te 3层的磁化小，异常霍尔电导率达到0.2e2/h的大值，符合铁磁响应的Cr2 Ge 2 Te 6。结果表明，拓扑绝缘体的表面态与邻近层Cr2 Ge 2 Te 6之间的交换耦合是有效的，并且足够强，可以打开表面态的交换能隙.
2019-06-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Sublattice structure and topology in spontaneously crystallized electronic states
该研究从非平凡量子几何单带模型出发，将自发蜂窝晶格晶体表述为动量空间赝自旋模型，证明额外项可破坏时间反演对称性并稳定量子反常霍尔晶体态。
2024-02-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Ambi-chiral anomalous Hall effect in magnetically doped topological insulators
磁掺杂拓扑绝缘体中与时间反转对称性破缺相关的手征性对量子输运现象具有重要意义。本文报道了Mn和Cr掺杂的$_2$拓扑绝缘体在不同厚度和掺杂量下的反常霍尔效应研究。通过对霍尔环的手征性进行追踪，发现Mn型顺时针手征性反常霍尔效应随薄膜厚度的减小而增强，而Cr型逆时针手征性反常霍尔效应随薄膜厚度的减小而增强。我们提供了一个唯象模型来解释磁掺杂拓扑绝缘体中磁有序和反常霍尔效应手征的演化。
2021-12-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin-momentum Locking and Topological Vector Charge Response with Conserved Spin
University of Illinois Urbana-Champaign（伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校）
本文研究了具有保守伪自旋的自旋-动量锁定项，揭示了其在低能下产生线性色散模式及异常电荷电流，并通过三维威格纳半金属表面实现异常消除及巨量自旋霍尔效应。
2026-02-04 cond-mat.mes-hall
Pseudospin Vortex Ring with a Nodal Line in Three Dimensions
我们提出了一个模型的拓扑半金属在三维（3D），其能谱表现出作为涡环的节线，这反过来又是由一个类似于烟圈的赝自旋结构。相反的外尔点节点谱，涡环引起skyrmionic赝自旋图案在削减的节环平面的两侧，这种模式涵盖了整个布里渊区，从而导致一个新的，“最大”，异常霍尔效应在三维半金属。调整一个模型参数，涡环就会缩小，直到消失，让位给一对手征相反的外尔节点。这就建立了两种不同的动量空间拓扑结构之间的联系--涡环（一个奇点的圆）和反涡对（两点奇点）。我们提出的模型作为一个低能连续和两个带紧束缚晶格模型。它的简单性允许其朗道能级谱的分析计算。
2016-12-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.quant-gas
Anomalous helical edge states in a non-Hermitian Chern insulator
研究了陈氏绝缘体的非厄米扩张及其体边界对应。结果表明，除了强大的手征边缘状态，反映了非平凡的拓扑结构的散装（非零陈数），反常的螺旋边缘状态本地化只在一个边缘可以出现，这是唯一的非厄米陈绝缘体。
2018-10-30 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Quantum Anomalous Hall Effect in Magnetic Topological Insulator GdBiTe3
量子反常霍尔（QAH）态是一种在没有外部磁场的情况下具有非零陈数的二维体绝缘体。受保护的无带隙手性边缘态使电子器件中的无耗散电流传输成为可能。在拓扑绝缘体中掺杂随机磁性杂质可以实现QAH态，但在体绝缘极限下很难在实验上建立磁有序。在这里，我们预测的GdBiTe 3薄膜的单一五重层可能是一个化学计量的QAH绝缘体的从头计算的基础上，明确地证明铁磁秩序和手征边缘状态内的散装间隙。通过调节晶格常数和相互作用，我们进一步研究了拓扑量子相变。一个简单的低能量有效的模型来捕捉这种拓扑材料的显着的物理特征。
2011-08-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Pseudospin Berry phase as a signature of nontrivial band topology in a two-dimensional system
电子在晶体中的运动受晶体动量和内部自由度之间的耦合控制，例如能带结构中隐含的自旋。这种耦合的动量依赖的有效场和由此产生的Berry相的描述，大大推进了我们对各种现象，包括各种霍尔效应的理解，并导致了新的物质状态的发现，例如拓扑绝缘体。虽然对拓扑系统的实验研究主要集中在表面或边缘出现的无间隙状态，但底层的非平凡拓扑结构尚未表现出来。本文报道了在具有反转能带的量子阱中电子-空穴耦合系统的磁振荡和量子霍尔效应中观察到的Berry相位。与石墨烯中的无质量狄拉克费米子相反，其中Berry相$Γ$在$π$处量子化，我们观察到$Γ$随着费米能级$E_\mathrm{F}$而变化，当$E_\mathrm{F}$穿过由于电子-空穴杂化而打开的能隙时穿过$π$。我们表明，$Γ$的演变是一种表现的赝自旋纹理编码的动量依赖的电子-空穴耦合，因此是一个批量签名的非平凡的能带拓扑结构。
2019-12-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Quantized Anomalous Hall Insulator in a Nanopatterned Two-Dimensional Electron Gas
我们提出了一种量子反常霍尔绝缘体（QAHI）可以实现在纳米图案化的二维电子气（2DEG）与小的面内磁场和高的载流子密度。Berry曲率源于面内磁场和Rashba和Dresselhaus自旋轨道耦合，结合纳米蜂窝晶格势调制，导致拓扑非平凡的绝缘状态在2DEG没有朗道能级。在体绝缘间隙中，异常霍尔电导率被量子化为$-e^{2}/h$，对应于有限的陈数-1。在有限大小的二维电子气的每一个边上都存在一个无带隙的手征边态。
2011-07-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Enhanced Thermoelectric Performance and Anomalous Seebeck Effects in Topological Insulators
提高热电优值zT是材料科学中最大的挑战之一。最近发现的拓扑绝缘体（TI）在这方面提供了新的希望。在这项工作中，我们从理论上证明，zT是强烈的大小依赖于TI，和大小参数可以调整，以提高zT显着大于1。此外，我们表明，在TI的边缘状态的寿命是强烈的能量依赖性，导致大的和异常的塞贝克效应与相反的符号的霍尔效应。这些优异的性能使钛合金成为热电科学和技术领域中极有前途的材料。
2014-05-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Large bandgap quantum anomalous hall insulator in a designer ferromagnet-topological insulator-ferromagnet heterostructure
结合磁性和非平凡能带拓扑结构，产生量子反常霍尔（QAH）绝缘体和奇异量子相，如QAH效应，其中电流沿着量子边缘态流动而没有耗散。通过接近磁性材料在拓扑绝缘体中诱导磁有序为在高温下实现无损输运应用的QAH效应提供了一条有前途的途径。一个有前途的架构涉及一个三明治结构，包括两个单层的MnBi 2 Te 4（2D铁磁绝缘体）与超薄Bi 2 Te 3在中间，并预测产生一个强大的QAH绝缘体相，带隙远高于热能在室温下（25 meV）。在这里，我们展示了通过分子束外延生长的1 SL MnBi 2 Te 4/4 QL Bi 2 Te 3/1 SL MnBi 2 Te 4异质结，并探测电子结构的角度分辨光电子能谱学。我们观察到强大的六角形扭曲的大规模狄拉克费米子和75 meV的带隙。时间反演对称性破缺和交换Rashba效应的观察证实了带隙的磁性起源，与密度泛函理论计算结果非常一致。这些发现提供了对拓扑绝缘体中的磁邻近效应的深入了解，这将使拓扑绝缘体中的无损传输向更高的温度移动。
2021-05-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Skyrmion Fractional Chern Insulator: An Intrinsically Multiband Route to Fractionalization in Rhombohedral Graphene
Department of Physics, Stanford University（斯坦福大学物理系）；Department of Physics, Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院物理系）
该研究提出菱面石墨烯莫尔超晶格中分数量子反常霍尔效应的斯格明子分数量子化起源，构建有效场论并构造变分试探波函数，确立了不依赖部分填充陈带的FQAH实现的现实途径。
2026-08-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Spectral signatures of the surface anomalous Hall effect in magnetic axion insulators
磁性拓扑系统（如Weyl半金属和轴子绝缘体）的拓扑表面态与非零或半量子化的表面反常霍尔效应等非常规输运性质有关。本文利用模型哈密顿量和第一性原理计算研究了不同磁拓扑相位下的表面反常霍尔效应及其光谱特征。我们证明，通过定制的磁化和层间电子跳跃，可以建立一个丰富的三维拓扑相图，包括三种类型的拓扑不同的绝缘相桥接的Weyl半金属，并可以直接映射到现实的材料，如MnBi 2 Te 4/（Bi 2 Te 3）n系统。其中，我们发现，在轴子绝缘体相的表面异常霍尔电导率是一个很好的本地化量饱和或振荡在e2/2 h左右，这取决于磁均匀性。我们还讨论了由此产生的手征铰链模式嵌入内的侧表面带的传输测量的潜在的实验签名。我们的研究是朝着在现实材料系统中直接实现长期寻求的轴子绝缘体迈出的重要一步。
2021-02-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Topological insulator associated with quantum anomalous Hall phase in ferromagnetic perovskite superlattices
在以LaAlO 3和SrTiO 3为母体的过渡金属氧化物超晶格中，寻找与铁磁有序相关的、表现出反常量子霍尔效应的拓扑绝缘体。在所研究的各种超晶格中，（LaAlO 3）10/（LaOsO 3）2在自旋-轨道相互作用下表现出铁磁基态，其能隙具有拓扑非平凡性，横向电导率的研究表明，在不施加任何外部磁场的情况下，该系统在拓扑能隙内具有量子化的霍尔电导率.采用一个简单的海森堡铁磁性模型，估算了铁磁序参量和有序温度。
2015-12-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Layer-Locked Anomalous Valley Hall Effect in Two-Dimensional A-Type Tetragonal Antiferromagnetic Insulator
本文提出在A型AFM绝缘体中通过应变和电场调制实现反常谷霍尔效应，预测$\mathrm{Fe_2BrMgP}$单层为VQSHI原型，实现AVHE与QSHE协同，为二维四方AFM单层中实现多种霍尔效应提供新途径。
2023-11-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Non-Hermitian Boundary State Engineering in Anomalous Floquet Topological Insulators
在厄米拓扑系统中，体-边界对应严格地将边界输运约束到由体的拓扑性质确定的值。我们证明，这种约束可以解除非厄米特Floquet绝缘体。假设绝缘体支持一个反常的拓扑相，非厄米性允许我们独立于体而修改边界态，而不牺牲它们的拓扑性质。我们探讨了随后的可能性Floquet拓扑绝缘体与非厄米时间反演对称性，通过对向传播边界状态的螺旋运输可以定制的方式，克服了厄米性的约束。非厄米边界状态工程特别地使得能够增强相对于体运动的边界输运、具有优选方向的螺旋输运以及在相反边界上的相同方向上的手性输运。我们解释了我们的研究结果的光子波导晶格的例子的实验相关性。
2019-11-23 cond-mat.mes-hall quant-ph
Nonmagnetic-Doping Induced Quantum Anomalous Hall Effect in Topological Insulators
在磁掺杂拓扑绝缘体中实验观察到量子反常霍尔效应。然而，超低温（通常低于300 mK），这主要是由于不均匀的磁性掺杂，成为一个艰巨的挑战，潜在的应用。本文提出了一种\textit{nonmagnetic}掺杂策略，在拓扑绝缘体中产生铁磁性并实现QAHE。我们数值计算表明，磁矩可以诱导由氮或碳取代在Bi $_2$ Se $_3$，Bi $_2$ Te $_3$，和Sb $_2$ Te $_3$，但只有氮掺杂的Sb $_2$ Te $_3$表现出长程铁磁性和保持大的体带隙。我们进一步表明，其相应的薄膜可以在17-29开尔文的温度下窝藏QAHE，这比类似系统中的典型温度高两个数量级。我们提出的\textit{nonmagnetic}掺杂方案可能为拓扑绝缘体中高温QAHE的实验实现提供新的思路。
2019-07-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Symmetry Enforced Chiral Hinge States and Surface Quantum Anomalous Hall Effect in Magnetic Axion Insulator $\text{Bi}_{2-x}\text{Sm}_x\text{Se}_3$
提出了一种在铁磁轴子绝缘体相中产生手征铰链态的普遍机制，该机制导致了在某些由晶体对称性和磁化方向决定的特殊表面上的奇异输运现象--量子反常霍尔效应（QAHE）.结合第一性原理计算和格林函数技术，提出了一种实现这种奇异铰链态的材料体系Sm掺杂$\text{Bi}_2\text{Se}_3$.一个物理上可访问的方式来操纵表面QAHE也提出了，这使得它非常不同于普通的二维系统中的QAHE。
2018-07-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Anomalous Energy Transport across Topological Insulator Superconductor Junctions
本文用散射波方法导出了拓扑绝缘体/超导体结界面热流公式，研究了结中的非平衡能量输运。发现了一些反常的热性质，如热能的克莱因隧穿、非对称Kapitza电阻和负微分热阻。我们期望这些发现可以在各种杂化介观系统的能量控制中有潜在的应用。
2013-04-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Rational design principles of quantum anomalous Hall effect from superlattice-like magnetic topological insulators
作为凝聚态物理中的一种典型现象，化学计量陈氏绝缘体中的量子反常霍尔效应（QAHE）一直是人们关注的焦点。利用模型哈密顿量分析和第一性原理计算，建立了具有超晶格堆积模式的磁性拓扑绝缘体MnBi 4Te 7和MnBi 6Te 10的拓扑相图，并在其上绘制了不同二维组态的拓扑相图.这些配置表现出各种拓扑相，包括量子自旋霍尔效应与时间反演对称性和不对称，以及QAHE。然后，我们提供的设计原则，触发QAHE通过调整实验上可访问的旋钮，如板坯厚度和磁化。我们的工作揭示了具有可调交换相互作用的超晶格磁性拓扑绝缘体是在原始化合物中实现长期寻求的QAHE的理想平台，为拓扑材料领域开辟了新的途径。
2019-05-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Photoinduced High-Chern-Number Quantum Anomalous Hall Effect from Higher-Order Topological Insulators
本文提出利用周期驱动两类二维高阶拓扑绝缘体产生高陈数量子反常霍尔相，并通过第一性原理计算指认单层石墨炔为候选材料。
2023-07-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
The Anomalous Hall Effect in Magnetic Topological Insulators
研究了三维磁性拓扑绝缘体表面的反常霍尔效应。通过应用一个修改的半经典框架，所有三个贡献的AHE，本征Berry相曲率效应，侧跳效应和斜散射效应进行了系统的处理，并获得的解析表达式的电导率的费米能级，表面磁化的空间取向和浓度的磁性和非磁性杂质。我们表明，AHE可以通过改变表面磁化的方向，杂质的浓度和化学势的位置来改变符号，与最近的实验观察一致。因此，对AHE的每个贡献，或者甚至整个AHE，可以通过适当地调整给定的参数来关闭。例如，可以通过将系统推入全金属状态来关闭具有面内磁化的系统中的异常霍尔电导率。
2018-06-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Anomalous Floquet Chiral Topological Superconductivity in a Topological Insulator Sandwich Structure
我们证明了Floquet手征拓扑超导性在磁性拓扑绝缘体-超导体三明治结构的约瑟夫森结中自然产生。约瑟夫森相位调制与施加的偏置电压在整个结驱动系统到反常Floquet手征拓扑超导体托管手征马约拉纳边缘模式的准能谱，与散装Floquet带进行零陈数。偏置电压作为一个调谐参数，使新的动力学拓扑量子相变驱动系统到无数的异国情调的马约拉纳携带Floquet拓扑超导相。我们的理论建立了一个新的范式实现Floquet手征拓扑超导性的固态系统，这应该是实验上直接访问。
2020-12-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Interlayer Exchange Coupling-Induced Critical-Metal-to-Insulator Phase Transition in Quantum Anomalous Hall Insulators
本研究通过合成不同间隔层厚度的磁性拓扑绝缘体三明治结构，发现层间交换耦合可调控量子反常霍尔效应的临界行为，在平台相变附近诱导出二维临界金属到三维绝缘体的转变，并通过含随机磁畴的哈密顿量解释了该现象。
2025-08-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Current-driven instability of quantum anomalous Hall effect in ferromagnetic topological insulators
研究了铁磁拓扑绝缘体薄膜中量子反常霍尔（QAH）效应随电流和温度变化的不稳定性。我们发现QAH效应击穿的特征电流与霍尔条宽度大致成正比，表明霍尔电场与击穿有关。我们还发现，电子输运在低温下是由可变程跳跃（VRH）。结合在VRH制度的电导率的电流和温度依赖性，QAH状态的本地化长度被评估为约5 $μ$ m。长的本地化长度表明由于大量的间隙状态的QAH状态的边缘绝缘性质。
2017-06-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin-Valleytronics in Silicene: Quantum-Spin-Quantum-Anomalous Hall Insulators and Single-Valley Semimetals
谷基电子，被称为谷电子，是突破电子新阶段的关键之一。谷自由度在蜂窝网格系统中是普遍存在的。硅的蜂窝状晶格结构被称为硅烯，是谷电子的一个迷人的游乐场。我们通过在$A$和$B$上引入不同的交换场来研究硅烯的拓扑相。出现了丰富多样的拓扑保护状态，每个都有一个独特的自旋谷结构。单狄拉克锥半金属是这样一种状态，其中一个能隙是闭合的，而其他三个能隙是开放的，避免了尼尔森-二宫费米子加倍问题。我们发现了一种新的混合拓扑绝缘体，称为量子自旋量子反常霍尔绝缘体，其中一个谷发生量子反常霍尔效应，另一个谷发生量子自旋霍尔效应.沿着其相边界，出现单谷半金属，其中只有一个谷是与简并自旋无隙。这些半金属也是拓扑保护的，因为它们出现在不同的拓扑绝缘体的界面上。这样的自旋谷相关的物理将通过光学吸收或边缘模式观察到。
2013-04-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Quantized Anomalous Hall Effect in Magnetic Topological Insulators
霍尔效应、反常霍尔效应和自旋霍尔效应分别是由洛伦兹力和自旋轨道耦合引起的固体中的基本输运过程。近年来，人们发现了量子形式的霍尔效应和自旋霍尔效应。然而，量子化反常霍尔（QAH）效应尚未在实验上实现。在QAH绝缘体中，自发磁矩和自旋-轨道耦合结合产生拓扑非平凡的电子结构，导致量子化的霍尔效应而无需任何外部磁场。在这项工作中，基于最先进的第一性原理计算，我们预测的辉碲铋矿半导体Bi $_2$ Te $_3$，Bi $_2$ Se $_3$，和Sb $_2$ Te $_3$形成磁有序的绝缘体时，掺杂过渡金属元素（Cr或Fe），在鲜明对比，传统的稀磁半导体中，自由载流子是必要的调解磁耦合。二维薄膜中的磁序产生了以有限的陈数为特征的拓扑电子结构，具有量子化的霍尔电导$e^{2}/h$。长期追求的QAH绝缘体状态的实验实现可以在室温下实现稳健的无耗散电荷传输。
2010-02-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Carrier-independent ferromagnetism and giant anomalous Hall effect in magnetic topological insulator
拓扑绝缘体（TI）的时间反演对称性被铁磁性破坏后，可以产生奇异的磁电现象，如量子化反常霍尔（QAH）效应。在磁性掺杂的TI中实验观察QAH效应需要铁磁性不依赖于载流子。我们在分子束外延生长的Cr掺杂BixSb_（2-x）Te_（3）薄膜中实现了与载流子极性和密度无关的铁磁性。同时，随着载流子浓度的降低，反常霍尔效应显著增强，反常霍尔角达到异常大的0.2，零场霍尔电阻达到量子电阻的1/4（h/e ~ 2），表明QAH区的到来.这一工作为最终实现TIs中的QAH效应和其他独特的磁电现象奠定了基础。
2012-11-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Experimental observation of edge-dependent quantum pseudospin Hall effect
量子自旋霍尔（QSH）绝缘体的螺旋边态由于时间反演对称性的拓扑保护而特别稳定，这是一个传统的观点。在这里，我们报告的第一个实验观察到的边缘依赖的量子（伪）自旋霍尔效应采用两个凯库勒电路与分子锯齿形和部分胡子的边缘，其中的手性的循环电流在单位电池模仿电子自旋。我们观察到螺旋翻转的拓扑间隙模式出现在相反的参数区域的两个边缘的几何形状。实验结果被解释在单位单元中定义的镜像绕组数，其中的选择完全取决于边缘形状。我们的工作加深了对边界效应对QSH相的理解，并为研究电路中自旋相关的拓扑物理铺平了道路。
2021-01-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
Quantum Anomalous Hall Effect in Magnetic Insulator Heterostructure
基于从头计算，我们预测，一个单层的Cr掺杂（Bi，Sb）2 Te 3和GdI 2异质结构是一个量子反常霍尔绝缘体与非平凡的带隙高达38 meV。我们的预测背后的原理是，两个拓扑平凡的铁磁绝缘体之间的能带反转可以导致非零的陈数，这提供了一个更好的方式来实现量子反常霍尔态没有随机磁掺杂。此外，还提出了一个简单有效的模型来描述该体系中自旋极化带反转的基本机制。此外，我们还预测在（Bi_（2/3）Cr_（1/3））_2 Te_3/GdI_2超晶格中可以实现三维量子反常霍尔绝缘体。
2014-11-12 cond-mat.mes-hall
Holographic duality between $(2+1)$-d quantum anomalous Hall state and $(3+1)$-d topological insulators
本文利用精确全息映射研究了$(2+1)$维量子反常霍尔态，即具有量子化霍尔电导的带绝缘体。精确全息映射是实现全息对偶性的一种方法，它将量子反常霍尔态映射到$(3+1)$维双曲空间中的另一个态。通过研究拓扑响应性质和纠缠谱，证明了量子反常霍尔态的全息对偶理论是一个$(3+1)$维拓扑绝缘体.这种对偶描述通过不同尺度下自由度之间的量子纠缠来刻画系统的拓扑性质。
2016-05-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el hep-th
Observation of the quantum-anomalous-Hall insulator to Anderson insulator quantum phase transition and its scaling behavior
通过研究二维超导体到绝缘体的量子相变，或量子霍尔效应中从一个平台到下一个平台或到绝缘体的量子相变的标度行为，揭示了量子相变的本质。在这里，我们报告的量子相变从量子反常霍尔（QAH）绝缘体的磁性拓扑绝缘体通过调整化学势的安德森绝缘体的实验观察。我们的实验证明了标度行为的存在，从中我们提取了这种量子相变的临界指数。我们期望我们的工作将激发在这一新的背景下对量子相变的许多性质进行更深入的研究。
2016-08-22 cond-mat.mes-hall
Skyrmion-induced anomalous Hall conductivity on topological insulator surfaces
电子自旋动量锁定与背景磁织构一起可以显著改变电子输运性质。本文从理论上研究了拓扑绝缘体与顶部含有磁性skyrmions的磁性绝缘体之间的电子输运。与常规金属中的拓扑霍尔效应不同，即使在没有面内磁织构的情况下，skyrmion也会对异常霍尔电导率产生额外的贡献，这是由于在skyrmion边界处获得的狄拉克电子的相位因子特性。
2017-10-12 cond-mat.mes-hall
Anomalous Topological Phases and Unpaired Dirac Cones in Photonic Floquet Topological Insulators
提出了一种基于交错螺旋晶格的光子Floquet拓扑绝缘体及其Floquet能带结构的有效数值计算方法。晶格支持反常Floquet拓扑绝缘体相，具有消失的陈数和可调的拓扑跃迁。在拓扑转变的临界点，能带结构主机一个单一的不成对的狄拉克锥，这产生了各种不寻常的输运效应：一个离散的模拟锥形衍射，弱反局域化不受谷间散射，抑制安德森局域化。与以前的设计不同，有效规范场强度可以通过晶格参数（如螺旋间距离）控制，从而显著降低辐射损耗并实现可切换拓扑波导等应用。
2016-06-07 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Large anomalous Hall effect in ferromagnetic insulator-topological insulator heterostructures
我们证明了拓扑绝缘体化合物Bi 2 Te 3在铁磁绝缘体Cr 2 Ge 2 Te 6上的范德华外延。这些层的取向为Bi 2 Te 3的（001）平行于Cr2 Ge 2 Te 6的（001），Bi 2 Te 3的（110）平行于Cr2 Ge 2 Te 6的（100）。横截面透射电子显微镜表明形成了尖锐的界面。在低温下，由Bi_2 Te_3/Cr_2Ge_2 Te_6组成的双层膜表现出很大的反常霍尔效应（AHE）。倾斜场的AHE的研究表明，易轴位于沿c轴的异质结构，与体Cr2 Ge 2 Te 6的磁化测量一致。Cr2 Ge 2 Te 6的61 K居里温度和近化学计量比材料的使用可能导致基于AHE的自旋电子器件的发展。
2014-08-25 cond-mat.mes-hall
Electrically tunable spin polarization of chiral edge modes in a quantum anomalous Hall insulator
在量子反常霍尔效应中，手征边缘模有望无耗散地传导自旋极化电流，从而在未来的低能耗电子学和自旋电子学中具有巨大的前景。然而，在实验中从未建立手征边缘模的自旋极化。本文基于第一性原理计算建立的有效模型和更接近实际的紧束缚模型，从理论上研究了量子反常霍尔效应中手征边缘模的自旋极化.我们发现自旋极化可以通过调节局部栅电压或费米能级来控制。我们还建议通过将量子反常霍尔绝缘体与铁磁（FM）引线接触来提取手征边缘模式的自旋信息。手征边缘模自旋极化的建立，以及完全电学的操控和探测，将为量子反常霍尔效应在自旋电子学中的应用铺平道路。
2016-05-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Anomalous Floquet-Anderson Insulator with Quasiperiodic Temporal Noise
时间周期（Floquet）驱动可以产生新的对称性破缺和拓扑相的物质。最近，我们发现，一个典型的Floquet拓扑相位称为异常Floquet-Anderson绝缘体是稳定的噪声的时序Floquet驱动器。在这里，我们扰动异常Floquet-Anderson绝缘体在一个单一的不相称的频率，导致准周期性的2音驱动。我们的数值计算表明，一个强大的拓扑相位生存在弱噪声与拓扑泵，比白噪声的情况下更稳定。在拓扑阶段，我们表明，粒子移动subdiffusively，这是直接负责稳定拓扑运输。令人惊讶的是，我们发现，当准周期噪声是足够强的杀死拓扑结构，系统似乎表现出扩散动力学，这表明相关结构的准周期噪声变得无关紧要。
2022-07-13 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall cond-mat.quant-gas
Current scaling of the topological quantum phase transition between a quantum anomalous Hall insulator and a trivial insulator
我们报道了磁性拓扑绝缘体异质结构薄膜表面的量子反常霍尔绝缘体和平凡绝缘体之间的量子相变的电流标度研究。通过倾斜磁化同时测量霍尔电导率$σ_{xy}$来观察转变。在各种激励电流下获得的$σ_{xy}$的转变曲线在单个点处彼此交叉，例示了转变的量子临界行为。过渡曲线的斜率遵循激励电流的幂律依赖性，给出标度指数。结合已有的温度标度研究结果，分别得到局域长度的临界指数$ν$ = 2.8 $\pm$ 0.3和相干长度的临界指数$p$ = 3.3 $\pm$ 0.3。
2020-07-02 cond-mat.mes-hall
Tunable $φ$-Josephson junction with a quantum anomalous Hall insulator
本文用晶格格林函数方法研究了超导体/量子反常霍尔绝缘体/超导体结中的约瑟夫森电流。当向量子反常霍尔绝缘体施加面内外部塞曼场时，约瑟夫森电流$J$在没有相位差的情况下流过结$θ$。在电流-相位关系中吸引人的相移$φ$（$J\propto \sin(θ-φ$）与塞曼场的振幅成正比，并取决于塞曼场的方向。Andreev反射过程的现象学分析解释了$φ$的物理起源。量子反常霍尔绝缘体同时打破了时间反演对称性和镜面反射对称性。然而，它保持磁镜反射对称性。这种特征的对称性使我们能够得到一个带有量子霍尔绝缘体的可调谐$φ$结。
2017-12-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Quantum Anomalous Hall Insulator of Composite Fermions
我们证明了弱六角周期势可以将具有偶数分母磁填充因子的二维电子气转变为复合费米子的量子反常霍尔绝缘体，产生分数量子化的霍尔效应.该系统提供了一个实现的Halflion蜂窝网络模型，虽然在一个复合费米子系统。我们进一步提出了一个试用的波函数的状态，并数值评估其相对于竞争的Hofstadter状态的稳定性。提出了可能的实验参数。
2014-05-09 cond-mat.mes-hall
Large Anomalous Hall Effect in Topological Insulators Proximitized by Collinear Antiferromagnets
由于CrSb具有高的Néel温度（$\sim$ 700 K）和半金属特性，它在室温反铁磁自旋电子学应用中是一种很有吸引力的材料。利用\emph{ab initio}密度泛函理论研究了CrSb双层膜在少层拓扑绝缘体薄膜上的磁性.我们发现薄膜的总反常霍尔电导率的本征部分是非零的，并且近似量子化。发现在少层拓扑绝缘体薄膜上的双层CrSb的Néel温度比孤立的CrSb薄膜的Néel温度高约两倍。由于CrSb的费米能级态密度低，引入无序可以实现霍尔量子化。因此，拓扑绝缘体表面的CrSb双层膜是高温量子反常霍尔效应的有吸引力的候选者。
2021-07-05 cond-mat.mes-hall
