Discovery of a Weyl Semimetal in non-Centrosymmetric Compound TaAs
三维拓扑外尔半金属（3D topological Weyl semimetals，TWS）是一种新型的量子物质态，其电子结构类似于“3D graphene”和拓扑绝缘体，具有由拓扑表面态连接的外尔点对（电子带沿所有三个动量方向线性分散），形成独特的“费米弧”型费米面（Fermi-arc type Fermi surface，FS）。每个外尔点都是手征的，并且包含狄拉克点的一半自由度，并且可以被看作是动量空间中的磁链。在这里，通过对非中心对称的化合物TaAs进行角分辨光电子能谱，我们观察到其完整的能带结构，包括独特的“费米弧”FS和线性体带色散跨Weyl点，在良好的协议与理论计算。这一发现不仅证实了TaAs是第一个三维TWS，而且为实现奇异的物理现象（例如负磁阻，手性磁效应和量子反常霍尔效应）提供了理想的平台，这也可能导致新的未来应用。
2015-07-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Intrinsic diamagnetism in the Weyl semimetal TaAs
我们调查的TaAs，一个原型外尔半金属的磁性。TaAs晶体显示出弱的抗磁性，在5 K时磁化率约为-7 * 10^{-7} emu/（g*Oe）。一个一般的特点是在185 K左右的磁化测量作为温度的函数的最小值的外观。在5 ~ 400 K温度范围内没有观察到相变。磁性测试结果表明，TaAs的内禀费米能级并不位于外尔结处，这与理论预测一致。
2016-02-22 cond-mat.mtrl-sci
Giant intrinsic spin Hall effect in the TaAs family of Weyl semimetals
自发现以来，拓扑绝缘体由于其表面态携带的自旋电流具有自旋-动量锁定效应，被认为是理想的自旋电子材料。然而，体掺杂问题仍然是阻碍此类应用的障碍。在这项工作中，我们预测，一个新发现的家庭的拓扑材料，外尔半金属，表现出大的内在自旋霍尔效应，可用于产生和检测自旋电流。我们的$ab~initio$计算揭示了一个大的自旋霍尔电导率，是可比的$4d$和$5d$过渡金属。自旋霍尔效应本质上来源于Weyl半金属的体能带结构，它表现出大的Berry曲率和自旋-轨道耦合，因此拓扑绝缘体中的体载流子问题自然避免。我们的工作不仅为外尔半金属在自旋电子学中的应用铺平了道路，而且为在各种拓扑材料中寻找自旋霍尔效应提供了新的指导。
2016-08-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin polarization and texture of the Fermi arcs in the Weyl Fermion semimetal TaAs
外尔半金属是一种新的物质状态，它拥有外尔费米子作为准粒子激发。在零能量下的外尔费米子对应于体带简并点，外尔节点，它们在动量空间中分离，并且仅通过奇异的费米弧表面状态通过晶体的边界连接。我们实验测量的自旋极化的费米弧在实验上发现的第一个外尔半金属TaAs。我们的自旋数据首次揭示了费米弧的自旋极化幅度高达80%，并且具有完全面内的自旋织构。此外，我们证明了TaAs中Weyl节点的手征性不能由费米弧的自旋织构来推断。费米弧的非简并性质对于建立其精确的拓扑性质非常重要，这揭示了弧上的自旋形成了一种新型的二维物质。此外，我们观察到的几乎完全的自旋极化（~80%）可能在自旋电子学应用中有用。
2015-11-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Observation of 1D Fermi arc states in Weyl semimetal TaAs
本研究通过低温扫描隧道显微镜/光谱学在TaAs原子级台阶上直接观测到一维费米弧，证实其源于体Weyl点，并展示了体-边界对应性的极端稳健性，为小型化量子器件提供了潜在应用。
2023-05-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Large Magnetoresistance in Compensated Semimetals TaAs$_2$ and NbAs$_2$
本文报道了单晶双金属化合物TaAs $_2$和NbAs $_2$在低温下的大磁阻效应。两种化合物在2 K、9 T的磁场中均表现出比$5\times10^3$大的抛物线场依赖性MR。在4.2 K时，TaAs $_2$的磁电阻在10 T以上开始偏离抛物线关系，在45 T时趋于饱和。霍尔电阻测量和能带结构计算揭示了它们的补偿半金属特性。低温下的大MR归因于具有大迁移率的平衡电子和空穴的共振效应。讨论了TaAs $_2$及其它半金属的MR与样品质量的关系。我们发现对于不同的化合物，MR的大小强烈地依赖于样品的质量。
2016-01-25 cond-mat.mtrl-sci
Exploration of growth conditions of TaAs Weyl semimetal thin film by pulsed laser deposition
针对PLD生长TaAs薄膜时As挥发导致化学计量失衡的问题，本研究利用GaAs衬底的As扩散补充As，获得TaAs相，为外尔半金属功能器件薄膜制备提供有效方法。
2022-12-09 cond-mat.mtrl-sci
A new topological semimetal with iso-energetic Weyl fermions in TaAs under high pressure
TaAs作为实验发现的拓扑Weyl半金属之一，近年来引起了人们的极大兴趣.周围的TaAs有两种类型的Weyl节点，它们不在相同的能级上。高压作为调控晶格参数和电子相互作用的有效手段，正成为探索新材料及其奇异态的重要工具。因此，研究TaAs在压力下的拓扑Weyl费米子行为和可能的结构相变是非常有趣的。在这里，与从头计算和晶体结构预测技术相结合，一个新的六方P-6 m2相预测在TaAs在14 GPa左右的压力。令人惊讶的是，这个新的阶段是一个拓扑半金属只有一套外尔节点完全相同的能级。由电输运测量和拉曼光谱测量得到的相变压力与我们的理论预测基本一致。此外，P-6 m2相似乎可以被淬灭恢复到常压，这为进一步研究单组Weyl费米子的奇异行为，如表面态与其他性质之间的相互作用提供了可能性.
2015-11-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Structural properties of TaAs Weyl semimetal thin films grown by molecular beam epitaxy on GaAs(001) substrates
用分子束外延法在GaAs（001）衬底上生长TaAs Weyl半金属（9和18 nm厚）的薄晶体层。四角TaAs晶格的（001）面平行于GaAs（001）衬底，但衬底和层的相应面内晶体学方向旋转45°。尽管GaAs（001）衬底和TaAs外延层之间存在着很大的晶格失配（约19%），但在GaAs（001）/TaAs（001）界面处没有观察到失配位错。只有堆垛层错缺陷的钽砷检测与透射电子显微镜。彻底的X射线衍射测量和原位反射高能电子衍射图像的分析表明，TaAs层已经完全放松在初始沉积阶段。原子力显微镜成像揭示了层的柱状结构，具有约20 nm宽和200 nm长的横向（平行于层表面）柱。X射线衍射和透射电子显微镜测量表明，柱共享相同的取向和晶体结构。
2022-09-04 cond-mat.mtrl-sci
High-pressure phases of Weyl semimetals NbP, NbAs, TaP and TaAs
采用晶体结构搜索和第一性原理计算相结合的方法，系统地研究了TaAs族（NbP，NbAs，TaP和TaAs）的高压相图。计算结果表明，NbAs和TaAs具有相似的相图，具有相同的结构相变序列：I 41 md $\rightarrow$ P-6 m ~ 2 $\rightarrow$ P ~（21）/c $\rightarrow$ Pm-3 m，但相变压力略有不同。NbP和TaP的相变顺序与NbAs和TaAs的相变顺序有些不同。其中出现新的结构，例如，NbP中的Cmcm结构和TaP中的Pmmn结构。有趣的是，在高压相P-6 m2-NbAs的电子结构中，与高压相P-6 m2-TaAs类似，同时存在Weyl点和三重简并点。
2017-08-14 cond-mat.mtrl-sci
Non-stoichiometry and Defects in the Weyl Semimetals TaAs, TaP, NbP, and NbAs
我们报告的Weyl半金属TaAs，TaP，NbP和NbAs的结构研究，利用衍射技术（单晶X射线衍射和能量色散谱）和成像技术（透射电子显微镜/扫描透射电子显微镜）。我们观察到不同程度的缺陷，导致所有四种半金属的非化学计量单晶。虽然TaP显示出组成为TaP $_{0.83(3)}$的大的磷属元素化物缺陷和伴随有反位无序和位空位的堆垛层错，但TaAs显示出组成为Ta $_{0.92(2)}$ As的过渡金属缺陷和高密度的堆垛层错。NbP也显示磷属元素化物缺乏，产生组成NbP $_{0.95(2)}$，最后，NbAs显示出与1：1组成NbAs $_{1.00(3)}$的非常小的偏差，因此推荐用作这些半金属的模型化合物。
2015-11-19 cond-mat.mtrl-sci
Raman study of lattice dynamics in Weyl semimetal TaAs
本文报道了外尔半金属TaAs的偏振拉曼光谱研究。我们观察到所有的光学声子，能量和对称性与我们的第一性原理计算一致。我们检测到额外的激发分配到多声子激发。这些激发伴随着由140 cm $^{-1}$分离的宽峰，其也最可能与多声子激发相关联。我们还注意到一个相当大的B $_1$成分的光谱背景，其来源仍然不清楚。
2015-06-15 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Raman scattering study of large magnetoresistance semimetals TaAs$_2$ and NbAs$_2$
我们对超大磁电阻化合物TaAs $_2$和NbAs $_2$进行了偏振和变温拉曼散射测量。利用对称性分析和第一性原理计算相结合的方法，对两种晶体中的所有喇曼激活模，包括6个A $_g$模和3个B $_g$模进行了清晰的观察和归属.所观察到的模式与旋转晶体取向的良好解决的周期性强度调制，验证每个指定的模式的对称性，并拟合实验确定的拉曼张量矩阵的元素。在两种化合物中看到的两个A $_g$模式的加宽使我们能够估计电子-声子耦合常数，这表明半金属TaAs $_2$和NbAs $_2$中的电子-声子耦合相对较小。本研究提供了TaAs $_2$和NbAs $_2$的基本晶格动力学信息，并可能有助于理解其超大磁电阻效应。
2017-03-08 cond-mat.mtrl-sci
Phonon-limited carrier transport in the Weyl semimetal TaAs
研究Weyl半金属TaAs中电子-声子相互作用对载流子输运的影响，揭示费米面拓扑结构对电导率的调控机制。
2025-05-22 cond-mat.mtrl-sci
Observation of Fermi arc spin texture in TaAs
利用自旋和角度分辨光电子能谱研究了最近发现的Weyl半金属TaAs表面费米弧的自旋织构。实验结果表明费米弧是自旋极化的。所测得的自旋织构满足镜像对称性和时间反演对称性的要求，并通过我们的第一性原理计算得到了很好的再现，这为TaAs中拓扑非平凡的Weyl半金属态提供了有力的证据.实验与计算结果的一致性进一步证实了第一性原理计算确定的外尔节点手性分布。
2015-10-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Photocurrents in Weyl semimetals
在理想的二维狄拉克谱中，光电流的产生是完全禁止的。与此形成鲜明对比的是，我们表明，三维外尔半金属可以一般支持显着的光电流世代由于反演对称性破缺和有限倾斜的外尔光谱的组合。详细探讨了对称性、手征关系以及对系统和光源的各种依赖性。我们的研究结果表明，非中心对称的外尔材料可以有利地应用于室温检测的中红外和远红外辐射。
2017-01-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Topological surface states and Fermi arcs of the noncentrosymmetric Weyl semimetals TaAs, TaP, NbAs, and NbP
最近的拓扑Weyl半金属（WSM）状态被预测在非中心对称化合物TaAs，TaP，NbAs和NbP，并很快导致光电发射和传输实验，以验证假定的拓扑性质，如费米弧（未封闭的费米面）和手性异常。在本工作中，我们对这四种WSM材料的表面能带结构进行了全面的\textit{ab initio}计算，揭示了具有自旋-动量锁定自旋织构的费米弧。在（001）极面上，费米面的形状敏感地依赖于表面终端（阳离子或阴离子），尽管它们表现出与弧相同的拓扑结构。阴离子（P或As）终止的表面被发现适合最近的光电发射测量。这种表面势的依赖性表明，费米表面的形状可以通过沉积客体物种（如K原子）来操纵，正如我们所证明的。在没有反转对称性的WSM的极性表面上，Rashba型自旋极化自然存在于表面态中，并导致强烈的自旋织构。通过跟踪费米面的自旋极化，我们还可以区分费米弧和平凡的费米圆。四种化合物NbP、NbAs、TaP和TaAs在能带结构中呈现出增大的自旋轨道耦合（SOC）幅度。通过比较它们的表面态，我们揭示了当SOC从零增加到有限值时，拓扑费米弧从自旋简并费米圆到自旋分裂费米弧的演化。我们的工作将有助于我们理解WSM的复杂表面状态，并允许我们操纵它们，特别是对于未来的自旋旋转光电发射和输运实验。
2015-09-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Chiral terahertz wave emission from the Weyl semimetal TaAs
外尔半金属是一种具有独特手性和自旋织构的手性费米子。这些手征费米子的光激发可以引起奇异载流子响应，从而导致新的光学现象。在这里，我们发现了强大的相干手性太赫兹发射外尔半金属钽，并展示了前所未有的操纵其偏振在飞秒时间尺度上。这种偏振控制是通过由圆形或线性光电流效应产生的巨大的超快光电流来实现的。我们揭示了手征超快光电流的产生是由于外尔费米子从外尔带激发到高激发带时，带速发生了很大的变化。光电流产生在接近1.5 eV的近红外频率范围内最大化。我们的发现为使用量子材料创建手性光子源提供了一个全新的设计概念，并为使用Weyl物理开发超快光电子学开辟了新的机会。
2019-06-19 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other physics.optics
Ultra-broadband photodetection of Weyl semimetal TaAs up to infrared 10 μm range at room temperature
具有宽带光响应的光电探测器在许多先进的光电子和光子器件中具有广阔的应用前景。特别是，在室温下具有高达中红外的检测范围的那些是非常具有挑战性和高度期望的。最近，人们发现并提出外尔半金属是一种有利于光电探测的材料，因为外尔半金属在费米能级附近具有倾斜的手征外尔锥，从而打破了洛伦兹不变性，在任意长波长处产生手征相关的光电流。此外，与窄禁带半导体中的抛物色散带相比，外尔锥中的线性色散带导致非常高的载流子迁移率和大大减少的热载流子。本文报道了Weyl半金属TaAs基光电探测器在室温下工作，光谱范围从蓝光（438.5 nm）到中红外（10.29 μm），响应度和探测率分别大于78 μ A W-1和1.88 × 107 Jones。这是第一个由外尔半金属制成的光电探测器，显示了其在室温中红外光电探测中的应用前景。
2017-05-15 cond-mat.mtrl-sci
Thin film TaAs: developing a platform for Weyl semimetal devices
MX铌酸盐化合物（M=Nb，Ta，X = As，P）是典型的三维Weyl半金属（WSM），由于其具有拓扑保护的能带结构和高迁移率，以块状单晶的形式被证明具有用于各种新型器件的潜力。然而，很少有人知道薄膜合成，这是必不可少的，使设备的应用。我们合成TaAs（001）外延GaAs（001）的分子束外延，并提供了一个实验相图说明单相，单晶生长的条件。利用角分辨光电子能谱、开尔文探针显微镜和透射电子显微镜研究了纳米缺陷与电子结构之间的关系。我们的研究结果为开发用于设备应用的3D WSM提供了路线图和平台。
2023-03-09 cond-mat.mtrl-sci
Phonon-based determination of elastic coefficients in the Weyl semimetal TaAs
Pontificia Universidad Católica de Chile（智利天主教 Pontificia 大学）；Center for Nanotechnology and Advanced Materials CIEN-UC（纳米技术与先进材料中心 CIEN-UC）
本研究结合第一性原理声子计算与弹性连续介质模型，高效测定Weyl半金属TaAs的弹性系数，结果与文献吻合，可替代传统应变法并有望关联实验表征。
2026-08-05 cond-mat.mtrl-sci
Comparative Raman study of Weyl semimetals TaAs, NbAs, TaP and NbP
本文报道了Weyl半金属TaAs、NbAs、TaP和NbP的偏振拉曼光谱的比较研究。声子频率随样品组成的演化使我们能够通过实验确定每个振动模式主要涉及哪些原子。我们的结果证实了第一性原理计算的结果，即A $_1$，B $_1(2)$，E $(2)$和E $(3)$模主要涉及As（P）原子，B $_1(1)$模主要涉及Ta（Nb）原子，E $(1)$模涉及两种原子.通过比较不同模式的能量，我们确定了B $_1(1)$，B $_1(2)$，E $(2)$和E $(3)$随着化学压强的增加而变硬。这种行为与我们对A $_1$模式的观察不同，A $_1$模式的能量减少，与其在外部压力下的行为相反。
2016-06-02 cond-mat.mtrl-sci
Chiral Quasiparticles at the Fermi Surface of the Weyl Semimetal TaAs
砷化钽是一种非中心对称的铌酸盐，是公认的外尔半金属。在这些材料中，三维手征无质量准粒子，即所谓的Weyl费米子，被预测会引起新的量子力学现象，如手征异常和拓扑表面态。然而，只有当费米能级足够接近外尔点时，它们的手征才能被很好地定义，从而使相反手征的费米表面口袋分开。在这篇文章中，我们提出了高品质的TaAs单晶体的费米面拓扑结构，确定由角度相关的Shubnikov-de Haas和de Haas-van Alphen测量结合从头算能带结构计算。在磁场高达14 T、温度低至1.8 K的条件下进行的磁化强度、磁矩和磁阻测量中，发现了三种不同类型的费米表面袋产生的量子振荡。在这些费米口袋中，两个是围绕外尔点的拓扑非平凡电子口袋对，一个是平凡空穴口袋。与其他非中心对称的双金属氧化物不同，TaAs是第一个外尔半金属候选者，其费米能足够接近两种类型的外尔点，以在费米表面产生手征准粒子。
2016-03-29 cond-mat.mtrl-sci
Giant anisotropic photocurrent modulated by strain in type-II Weyl semimetal Td-MoTe2
建立了Cu-MoTe 2-Cu器件模型，采用第一性原理密度泛函理论研究了单层Td-MoTe 2的输运性质。我们得到了应变对能带结构、输运性质和光电流的影响。应变诱导的光电流显示出各向异性，反映了调制的能带，包括外尔点，应变。当沿真空方向施加应变时，光电流可以被抑制到几乎为零。相反，当沿输运方向施加应变时，光电流可以显著增加。通过调节应变的强度和方向，可以有效地调节MoTe 2基器件中光电流的输运性质和大小。
2021-11-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Field-angle dependence of sound velocity in the Weyl semimetal TaAs
通过测量磁场作用下声速的相对变化，研究了Weyl半金属TaAs单晶的弹性模量$c_{44}$。利用超声脉冲回波技术，研究了声波传播与磁场夹角变化时晶体的剪切响应。我们观察到一个破碎的tetravel对称性在6 T以上的领域，各向异性，这可能是有关的纵向负磁阻，因此可能提供证据的手征异常，这类材料的主要拓扑签名之一。我们还观察到声速的量子振荡，其频率随磁场方向而变化。朗道能级指数的扇形图揭示了拓扑和平凡的Berry相位，这取决于场的方向，表明对不同费米表面口袋的敏感性，这些口袋分别包含或不包含Weyl节点。
2020-08-20 cond-mat.mtrl-sci
Nonlinear anomalous photocurrents in Weyl semimetals
研究了Weyl半金属（WSM）的二阶非线性光学响应，WSM是一种三维金属，其线性带接触在动量空间中充当Berry曲率的点状源，称为“Weyl-Berry单极子”.我们首先表明，WSM的异常二阶光电流可以优雅地参数化的Weyl-Berry偶极子和四极矩。然后，我们计算相应的电荷和节点电导率的WSM的时间反演不变性或反转对称性的破坏。特别是，我们预测了一个普遍的无耗散的二阶反常节点电导属于TaAs家族的WSM。
2018-05-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Nonlinear Absorption and Photocurrent in Weyl Semimetals
在任意大光强下，发展了Weyl半金属中的光吸收和圆光电流理论，同时考虑了Weyl费米子的弹性和非弹性弛豫过程。直接光学跃迁率示出饱和在大强度，和饱和行为取决于光的偏振和弹性和非弹性弛豫时间的比率。在中等振幅和快速能量弛豫的情况下，吸收的线圆二色性超过10%。在大强度$I$下，光吸收系数随$1/\sqrt{I}$而下降，并且循环光电流随$\sqrt{I}$而增加。
2019-06-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Interface enhanced helicity dependent photocurrent in metal/semimetal bilayers
固体中光-自旋相互作用的标志之一是依赖于光螺旋度的光电流的出现。最近的研究表明，半金属薄膜的光生自旋电流和逆自旋霍尔效应导致了螺旋度相关的光电流（HDP）。我们研究了HDP在金属/半金属双层膜。与Bi单层膜相比，我们发现金属/Bi双层膜的HDP增强。对于双层膜，背照下的HDP的符号与前照下的相反。在所研究的双层膜中，Ag/Bi双层膜的背照光电流最大。利用扩散自旋输运模型，我们表明背照下的HDP符号反转是由自旋吸收和自旋电荷转换在界面上。当Bi层厚度较小时，这种界面效应有助于双层膜在正面照明下的HDP增强。这些结果表明，HDP可以用来评估具有强自旋轨道耦合的界面态。
2020-11-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Coexistence of Weyl Physics and Planar Defects in Semimetals TaP and TaAs
我们报告的Weyl半金属TaAs和TaP的结构研究，利用衍射和成像技术，在那里我们发现，它们包含高密度的缺陷，导致非化学计量的两种半金属单晶。尽管观察到的缺陷和非化学计量的样品生长使用的技术已经在文献中报道，德哈斯-范阿尔芬测量显示量子振荡和高载流子迁移率，表明晶体的质量与其他地方报道的。电子结构的计算表明，随着空位和层错的引入，外尔点相对于费米能级的位置发生了变化。在空位的情况下，费米面变得相当改变，而堆垛层错对电子结构的影响是允许外尔口袋保持接近费米面。在非化学计量晶体中的量子振荡的观察和在具有堆垛层错的晶体中费米表面附近的Weyl费米子口袋的持久性指出了这些材料中这些量子现象的鲁棒性。
2016-06-16 cond-mat.mtrl-sci
Anomalous electronic structure and magnetoresistance in TaAs$_2$
金属在磁场中的电阻可以很好地说明它的基态。一些著名的例子包括整数和分数量子霍尔效应\cite{Klitzing-QHE,Tsui-FQHE}、舒布尼科夫-德哈斯振荡\cite{SdH}和弱定域\cite{Lee-WL} \emph{et al}。在非相互作用金属中，电阻通常在施加磁场\cite{Pippard-MR}时增加。相反，在某些特殊情况下，具有各向异性费米表面的金属\cite{Kikugawa-PdCoO2LMR}或所谓的外尔半金属例如\cite{Nielsen-ABJ,Son-ChirAnom}可能具有负磁阻。在这里，我们表明，半金属TaAs $_2$具有巨大的负磁阻（$-$ 98\%，在3 T的领域，在低温下），与一个未知的机制。密度泛函计算表明，TaAs $_2$是一种新的拓扑半金属[ $\mathbb{Z}_2$不变量（0;111）]，没有Dirac色散.这表明，在非磁性半金属中的负磁阻的存在不能唯一地归因于体狄拉克/外尔费米子的Adler-Bell-Jackiw异常。我们的研究结果还表明，OsGePDMATHABMT型单斜双镍族化合物可能是非常规拓扑半金属的物质基础。
2016-06-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Optoelectronic Response of Type-I Weyl Semimetals TaAs and NbAs from First Principles
Weyl半金属是一种在体相和表面都具有拓扑非平凡能带结构的材料，它具有手征节点，是Berry曲率的汇和源。外尔半金属已被预测，最近测量，表现出大的非线性光学响应。这一发现，以及它们的高迁移率，使Weyl半金属相关的光电子，纳米光子和量子光学器件中的广泛应用。虽然人们对理解和表征Weyl半金属的线性和非线性行为越来越感兴趣，但在有限温度下线性光学和光电响应的从头计算仍然很大程度上未被探索。在这里，我们具体解决的温度依赖性的线性光学响应在I型外尔半金属TaAs和NbAs。我们从第一原理的散射寿命，由于电子-声子和电子-电子相互作用，并将这些寿命在评估实验相关的频率，极化和温度依赖的复杂的介电函数为每个半金属评估。从这些计算中，我们提出了线性光学电导率的预测，同意以及实验存在的地方（钽），并指导未来的测量I型外尔半金属的方式。重要的是，我们还研究了光学电导率对化学势的依赖性，这是一个重要的物理参数，可以通过实验控制，并可以阐明Weyl节点在光电响应中的作用。通过这项工作，我们提出了外尔光电子器件的设计原则，使用光生载流子在I型外尔半金属。
2019-07-09 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph physics.optics
Signatures of the Adler-Bell-Jackiw chiral anomaly in a Weyl Fermion semimetal
外尔半金属提供了外尔费米子在固态物理中的实现。在外尔半金属引起的所有物理现象中，手征反常是最不寻常的一种。在这里，我们报告签名的手性异常的磁输运测量的第一外尔半金属钽砷。我们在平行的电场和磁场下表现出负磁阻，也就是说，与大多数金属的电阻率在外部磁场下增加不同，我们观察到，当磁场沿电流方向施加一定范围的场强时，我们的高迁移率TaAs样品变得更具导电性。我们提出了系统的详细数据和仔细的分析，这使我们能够排除其他可能的来源所观察到的负磁阻。我们的运输数据，证实了光电发射测量，第一性原理计算和理论分析，共同证明签名的Weyl费米子手征异常的TaAs的磁输运。
2016-02-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Towards diluted magnetism in TaAs
外尔半金属的磁性是研究磁矩与外尔费米子之间相互作用的理想材料，例如探索反常的量子霍尔现象。在这里，我们证明了质子辐照是一种有效的工具，诱导外尔半金属TaAs的铁磁性。观察到的内禀磁性的转变温度高于室温。发现d态的磁矩局域在Ta原子周围。此外，第一性原理计算表明，局域在As空位最近邻Ta原子上的d态对所观测到的磁矩和长程磁序起作用.结果表明，在Weyl半金属中诱导铁磁性是可行的，这将有助于该材料在自旋电子学中的应用。
2017-09-28 cond-mat.mtrl-sci
Impact of crystal symmetries and Weyl nodes on high-harmonic generation in Weyl semimetal TaAs
本研究提出Jones矩阵理论框架，揭示Weyl半金属TaAs中高次谐波产生受激光-晶体共享旋转对称性支配，而非Weyl节点拓扑，表明HHG不适用于探测拓扑特征，但为对称性探测和偏振控制奠定基础。
2024-05-25 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
First-principles calculations of transport coefficients in Weyl semimetal TaAs
该研究通过第一性原理计算拓扑外尔半金属TaAs的热电输运系数，对比不同玻尔兹曼输运方程求解方法的差异，推导迭代法的补充方程以处理时间反演对称破缺体系，并验证了计算结果与实验数据的吻合性。
2025-05-21 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Symmetrical broken and nonlinear response of Weyl semimetal TaAs influenced by the topological surface states and Weyl nodes
Weyl半金属（WSM）是一种含有基本粒子--Weyl费米子的新型材料，其表面具有Weyl费米子的体态和拓扑表面态。WSM被认为是一个三维版本的“石墨烯”的错觉。为了探索WSM TaAs的光电特性及其在光子学和光电子学中的应用，本文研究了WSM TaAs的各向异性线性和非线性光学响应，这些响应是由其拓扑表面态和Weyl节点之间的关系和平衡决定的.我们证明了打破体对称性的拓扑表面态是导致迁移率各向异性的原因，并且各向异性非线性响应具有极大的饱和强度.我们还发现，室温下迁移率是各向异性的，量级为104 cm 2 V-1 s-1，并且可以被光场加速。通过对称性分析，非线性响应主要由外尔节点附近的费米子贡献，并与泡利对费米子的阻塞、电子-电子相互作用有关。实验发现了WSM在光场中的各向异性迁移率，为WSM在光子学和光电子学中的应用奠定了基础。
2016-09-19 cond-mat.mtrl-sci
Robust edge photocurrent response on layered Type II Weyl semimetal WTe2
基于量子材料的奇异性质和新的工作原理的光传感和能量收集具有很大的潜力，可以突破传统光电探测器和太阳能电池的基本性能限制。Weyl半金属作为拓扑非平凡材料，由于其在Weyl节点附近的无带隙线性色散和在Weyl节点附近的Berry场增强的非线性光学效应，显示出新颖的光电性质，在光探测和能量收集方面具有潜在的应用前景。在这项工作中，我们证明了强大的光电流产生的电荷分离的光激发的电子-空穴对在边缘的Td-WTe 2，II型外尔半金属，由于沿某些晶体断裂方向的晶体对称性断裂，并可能增强强大的费米弧型表面状态。使用扫描光电流显微镜（SPCM）的测量，我们进一步证明了边缘电流响应是强大的在一个宽的激发光子能量。我们发现，这种强大的功能是高度通用的，并普遍出现在广泛的一类量子材料具有类似的晶体对称性。此外，这些边缘光电流和Weyl半金属的拓扑性质之间的可能的连接进行了探讨。在这项工作中所展示的鲁棒和通用的边缘电流响应提供了一种新型的电荷分离机制，用于在宽波长范围内的光传感和能量收集。
2019-10-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Intertwined topological phases in TaAs2 nanowires with giant magnetoresistance and quantum coherent surface transport
Weizmann Institute of Science（魏茨曼科学研究所）
TaAs2纳米线中交织的拓扑相通过巨磁阻抗和量子相干表面传输揭示了拓扑非平凡输运特性。
2024-11-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Discovery of Weyl fermion semimetals and topological Fermi arc states
外尔半金属是其低能体激发是外尔费米子的导体，而它们的表面具有金属费米弧表面态。这些费米弧表面状态由与材料的体电子波函数相关联的拓扑不变量保护。最近，已经表明，TaAs和NbAs类材料具有这样的拓扑物质状态。我们回顾的基本现象和实验历史发现的第一个外尔半金属，从观察拓扑费米弧和外尔节点的TaAs和NbAs的角度和自旋分辨表面和体积敏感的光电子能谱，并继续通过磁输运测量报告的Adler-Bell-Jackiw手征异常。我们希望这篇文章提供了一个有用的介绍外尔半金属理论，最近的实验发现的总结，并指导未来的方向。
2017-02-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Comprehensive Anisotropic Linear Optical Properties of Weyl Semimetals, TaAs and NbAs
TaAs和NbAs是最早发现的两种Weyl半金属，它们具有许多有趣的光学性质，如手性相关的光激发和巨二次谐波产生（SHG）。线性光学和非线性光学已被用作探测这些晶体中的外尔物理的工具。在这里，我们扩展这些研究，以解决两个重要的问题：确定完整的各向异性介电响应，并探讨它们是否以及如何揭示基本的外尔物理。首次将椭圆偏振光谱与密度泛函理论相结合，确定了TaAs和NbAs的完全各向异性介电函数。在1.2-6 eV（实验）和0-6 eV（DFT）范围内给出了参数化的洛伦兹振子，它们之间有很好的一致性。线性和非线性光学性质已经被报道揭示外尔物理。我们认为，强光学共振从平凡的频带是以前报道的大光学二次谐波产生在这些能量的可能来源。此外，通过比较以外尔锥为中心的小k空间对总线性介电函数的贡献，我们发现这些贡献是高度各向异性的，并且在0.5 eV以下占总介电函数的<25%;在1 eV以上，这些贡献可以忽略不计。因此，使用光学技术研究外尔物理需要非常低的能量，即使在那里，也需要仔细评估，以区分外尔带的小得多的贡献与平凡带和德鲁德响应对总介电函数的主要贡献。
2021-03-17 cond-mat.mtrl-sci
Visualizing bulk and edge photocurrent flow in anisotropic Weyl semimetals
本研究利用氮-空位中心量子磁力测量结合 SPCM，直接成像 WTe2 与 TaIrTe4 中的光电流，揭示各向异性光热电效应这一被忽视的体相电流机制。
2022-12-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Electron-phonon coupled hydrodynamics in semimetal TaAs_2
Wuhan National High Magnetic Field Center and School of Physics, Huazhong University of Science and Technology（华中科技大学物理学院和武汉国家高能磁场中心）；Laboratoire de Physique et d’Étude de Matériaux (CNRS) ESPCI Paris, PSL Research University（巴黎高等物理化工大学国立科学研究中心物质物理与研究实验室）
本文通过对TaAs₂晶体的输运测量，发现5-15K区间存在电子-声子双流体，观测到声子泊肃叶流动及电子流体动力学特征，为半金属电子-声子耦合流体动力学研究提供了实验依据。
2026-09-04 cond-mat.mtrl-sci
Resonance-enhanced optical nonlinearity in the Weyl semimetal TaAs
虽然所有介质都可以表现出描述电流与电场成线性比例的一阶电导率$E$，但将电流与$E^2$相关联的二阶电导率$σ^{(2)}$仅在反演对称性被破坏时才非零。二阶非线性光学响应在基础研究中是强有力的工具，作为对称性破缺的探针，并且在光学技术中作为产生从远红外到X射线波长的电流的基础。最近对具有偏心晶体结构的外尔半金属的兴趣激增，导致在这类材料中发现了许多与$σ^{(2)}$相关的现象，例如光到直流电流的偏振选择性转换（光电效应）和在光子能量为1.5 eV的TaAs中观察到的巨大二次谐波产生（SHG）效率。在这里，我们提出的测量的二次谐波光谱的砷化钽揭示，在1.5 eV的响应对应于在0.7 eV的共振的高能量的尾巴，在这一点上的二次谐波电导率是约200倍大于在标准的蜡烛非线性晶体，GaAs。这个非常大的二次谐波响应挑起的问题的最终限制$σ^{(2)}$，我们解决了一个新的定理有关的频率积分的非线性响应函数的第三累积量（或“偏度”）的极化分布函数在基态。这个定理提供了相当深入的因素，导致最大可能的二阶非线性响应，特别是显示，频谱权重是无界的，并可能发散时，相邻跳频的可能性。
2018-04-20 cond-mat.mtrl-sci
Catastrophes, Optical Multistabilities, and Chiral Photocurrent Hysteresis in Driven Weyl Semimetals
California Institute of Technology（加州理工学院）；University of California, Irvine（加州大学尔湾分校）；Niels Bohr Institute, University of Copenhagen（哥本哈根大学尼尔斯·玻尔研究所）
本文研究外尔半金属中等离子体屏蔽对光伏响应的影响，发现非线性屏蔽场可导致双稳态、滞回与灾变，并在破缺时间反演对称时产生手性光电流。
2026-09-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Unusually high phonon thermal conductivity in the Weyl semimetal TaP: A comparative study with TaAs
College of Physics and Optoelectronic Engineering, Chongqing Normal University（重庆师范大学物理与光电工程学院）；School of Science, Chongqing University of Posts and Telecommunications（重庆邮电大学理学院）；Center for Computational Science and Engineering, Southern University of Science and Technology（南方科技大学计算科学与工程中心）；College of Physics and Electronic Engineering, Chongqing Normal University（重庆师范大学物理与电子工程学院）；College of Physics and Center of Quantum Materials and Devices, Chongqing University（重庆大学物理学院量子材料与器件中心）；Chongqing Key Laboratory for Strongly Coupled Physics, Chongqing University（重庆大学强耦合物理重庆市重点实验室）
研究揭示Weyl半金属TaAs和TaP中声子主导的热传输机制，TaP在室温下声子热导率高达162 Wm⁻¹K⁻¹，远超电子导热，源于独特的能带结构抑制声子-电子及三声子散射。
2026-08-25 cond-mat.mtrl-sci
Giant spin torque efficiency in naturally oxidized polycrystalline TaAs thin films
我们报告的测量有效的电荷-自旋转换在室温下在Weyl半金属/铁磁体异质结构与氧化和原始界面。Weyl半金属TaAs的多晶薄膜是用分子束外延法在（001）GaAs上生长的，并与金属铁磁体（Ni $_{0.8}$ Fe $_{0.2}$）相连接。自旋扭矩铁磁共振（ST-FMR）测量样品中的氧化界面产生的自旋扭矩效率为$ξ_{\mathrm{FMR}}=0.45\pm 0.25$为8 nm的镍$_{0.8}$铁$_{0.2}$层厚度。通过研究这些样品中的ST-FMR与不同的Ni $_{0.8}$ Fe $_{0.2}$层厚度，我们提取了一个阻尼一样高的扭矩效率为$ξ_{\mathrm{DL}}=1.36\pm 0.66$。在具有原始（未氧化）界面的样品中，自旋扭矩效率具有与在氧化样品中观察到的自旋扭矩效率相反的符号（对于5 nm Ni $_{0.8}$ Fe $_{0.2}$层厚度为$ξ_{\mathrm{FMR}}=-0.27\pm 0.14$）。我们还发现了自旋霍尔电导率（$424 \pm 110 \frac{\hbar}{e}$ S/cm）的下限，这是令人惊讶的一致性与理论预测的单晶Weyl半金属态的TaAs。
2022-02-22 cond-mat.mtrl-sci
Tailoring Photocurrent in Weyl Semimetals via Intense Laser Irradiation
本文提出利用强单色圆偏振激光脉冲在中心对称及非中心对称外尔半金属中产生超快光电流，并通过调控激光螺旋性和椭圆率实现对光电流的调节，拓展了外尔半金属在光电子与量子技术中的应用前景。
2023-10-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Giant magnetic quantum oscillations in the thermal conductivity of TaAs: Indications of chiral zero sound
拓扑半金属由于其非平凡的能带拓扑结构，其电荷输运一直是人们研究的热点。另一方面，这些材料的热输运在很大程度上未被探索，并且仍然难以捉摸。在这里，我们报告的观察前所未有的，巨大的磁量子振荡的热导率在原型魏尔半金属钽砷。振荡是反相的量子振荡电子态密度的Weyl口袋，和它们的振幅的估计的基础上的Wiedemann-Franz法律的两个数量级。我们的分析表明，所有传统的热传输机制，通过传播的电子，声子和电子空穴双极激发的扩散，是远远不够的，以解释这些现象。进一步的实验事实，平行场配置有利于更高的磁热导率，我们建议，新提出的手征零声提供了一个合理的解释，这些奇特的现象。更多的工作集中在其他拓扑半金属沿着同一路线是迫切需要的。
2019-06-02 cond-mat.mtrl-sci
Discovery of a new type of topological Weyl fermion semimetal state in Mo$_x$W$_{1-x}$Te$_2$
最近在TaAs中发现的Weyl半金属提供了在自然界中观察到的第一个Weyl费米子，并大大拓宽了拓扑相的分类。然而，在钽砷已被证明具有挑战性的研究丰富的输运现象所产生的紧急外尔费米子。系列Mo $_x$ W $_{1-x}$ Te $_2$是反转破坏的，分层的，可调谐的半金属，已经作为一个有前途的新的电子平台进行研究，最近提出主机II型，或强洛伦兹违反，外尔费米子。本文报道了在$x = 25\%$的Mo $_x$ W $_{1-x}$ Te $_2$中发现外尔半金属。我们使用泵浦探测角分辨光电子能谱（泵浦探测ARPES）直接观察到费米能级以上的拓扑费米弧，证明外尔半金属。计算结果与理论值吻合较好，表明Mo $_x$ W $_{1-x}$ Te $_2$是第一个Ⅱ型Weyl半金属.我们还发现，某些外尔点是在费米能级，使Mo $_x$ W $_{1-x}$ Te $_2$外尔半金属的传输和光学实验的一个有前途的平台。
2016-12-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Exotic Landau Diamagnetism and Weyl-Fermions Excitations in TaAs Revealed by $^{75}$As NMR and NQR
Weyl半金属中与拓扑非平凡能带相关的电子和超导性质近年来引起了人们的广泛关注。本文报道了用$^{75}$ As核磁共振（四极）技术测量的I型Weyl半金属TaAs在零磁场和高磁场下的微观性质。用奈特位移$K$测量的磁化率在低磁场下为负值，在$T$ = 1.56K时具有很强的场（$B$）依赖性，为lnPDMATHABMO。这种非线性场依赖磁化强度可以很好地解释由三维线性分散带产生的朗道抗磁性，因此是拓扑半金属的指纹。我们用自旋-晶格弛豫速率1/ $T_{1}$进一步研究了低能激发。在零场和30 K（$\leq T\leq$ ~ 250 K）下，1/ $T_{1}T$表现出外尔节点激发引起的$T^{2}$变化。在$B \sim$ 13 T时，$1/T_1T$表现出相同的$T$依赖性，但具有较小的值，与$K^2\propto T^2$成比例，这表明Korringa关系也适用于Weyl半金属。的Korringa比的分析表明，线性带的能量范围是约250 K的钽砷。
2020-05-30 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Optical Signatures of Weyl Points in TaAs
我们提出了一个系统的研究的温度和频率依赖性的光学响应的TaAs，最近已实现主机的外尔半金属状态的材料。我们的研究表明，TaAs的光学电导率具有窄的Drude响应，同时对频率具有明显的线性依赖性。Drude峰的宽度在冷却时减小，遵循外尔半金属预期的$T^{2}$温度依赖性。具有不同斜率的两个线性分量主导5-K光学电导率。实验结果与理论计算的比较表明，在$\sim$ 230~cm $^{-1}$以下的线性电导率是位于费米能附近的Weyl点的明显特征。
2015-10-02 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Mobility induced unsaturated high linear magnetoresistance in transition-metal monopnictides Weyl semimetals
半金属过渡金属氧化物中Weyl费米子的发现是凝聚态物理的重大突破。Weyl半金属的特征是存在鲁棒Weyl点和费米弧形式的非闭合拓扑表面态。Weyl半金属过渡族铌酸盐的四种化合物，即NbP、TaP、NbAs和TaAs，都表现出极高的迁移率和不饱和的高磁电阻（MR）。例如，NbP在1.85 K时的MR值为8.5x10^5%，TaAs在3 K、9 T时的MR值为1.5x10^5%。NbP在2 K下也实现了非常低的残余电阻率值0.63微欧姆cm，这是由于抑制了散射，导致超高迁移率5x10^6 cm^2/Vs。有趣的是，我们发现这些化合物的迁移率对于如此大的MR起着重要的作用。
2016-06-21 cond-mat.mtrl-sci
Circular photocurrent in Weyl semimetals with mirror symmetry
本文从理论上研究了具有反射面的点对称群和具有相反手征的等价谷的Weyl半金属。这些包括最常研究的化合物，即过渡金属铌酸盐TaAs、NbAs、TaP、NbP以及Bi $_{1-x}$ Sb $_x$合金。圆形光电流，反转其方向下的光的圆偏振反转，已计算的直接光学跃迁附近的外尔点下的光吸收。在所研究的材料中，所有谷的光电流的总贡献是非零的，只有超出简单的Weyl模型，即，如果有效电子哈密顿量扩展到包含各向异性自旋相关的线性贡献连同自旋无关的倾斜或自旋相关的贡献立方的电子波矢量$\bf{k}$。考虑到$C_{4v}$对称的外尔半金属中能量色散锥的倾斜，光电流可以用决定外尔节点附近载流子能谱的二阶对称张量的分量来表示;在低温下，这种对光电流的贡献是在一定的有限频率范围$Δ$内产生的。在光吸收区域中，由于立方校正而产生的光电流与光频率的平方成比例，并且在$Δ$窗口内部和外部都产生。
2019-05-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Influence of anisotropy, tilt and pairing of Weyl nodes: The Weyl semimetals TaAs, TaP, NbAs and NbP
本文通过从头算和模型哈密顿量研究四种单磷族化合物Weyl半金属，揭示Weyl节点各向异性、倾斜及配对对电子性质的影响，并指出节点间平面的Zak相和绕数表明拓扑特征。
2019-11-05 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
