Topological Nodal Line Semimetals in CaP3 family of materials
我们提出CaP3族材料，包括CaP3，CaAs3，SrP3，SrAs3和BaAs3，可以具有三维拓扑节线半金属态。基于第一性原理计算和kp模型分析，我们发现在费米能级附近存在一个封闭的拓扑节线，当能带反转发生时，时间反转和空间反转对称性的共存保护了该节线.在这些材料的c方向表面上也得到了鼓面状的表面态。
2016-08-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Catalogue of Topological Electronic Materials
拓扑电子材料是一种新的量子态，具有新颖的线性响应和边界无带隙的反常态，在物理学和材料科学中得到了广泛的研究和应用。到目前为止，这种材料的检测一直受到所谓的拓扑不变量计算中所涉及的复杂程度的阻碍，因此被认为是一项专门的任务，需要材料经验和先进理论工具的专业知识。在这里，我们介绍了一种有效的，高效的和全自动的算法，在获得拓扑不变量的所有非磁性材料是已知的人类，最近开发的原则，允许之间的详尽映射的对称性表示的占用频带和拓扑不变量。我们的算法只需要作为输入的占用频带的信息（能量和波函数）在少数（最多8个）的高对称点的布里渊区，这是很容易计算的任何第一原理软件。作为回报，它能够提供所有非磁性材料的详细拓扑分类。配备了这种方法，我们已经扫描了结构数据库中的39519种材料，发现其中多达8056种实际上是拓扑的（如果忽略自旋轨道耦合，则为8889）。这些被进一步分类为5005拓扑半金属，1814拓扑绝缘体和1237拓扑晶体绝缘体，其中大多数是人类知识的新类别。所有的结果都可以在http://materiae.iphy.ac.cn/上找到。
2018-07-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Berry curvature, semiclassical electron dynamics, and topological materials: Lecture notes for Introduction to Solid State Physics
康奈尔大学固体物理学研究生课程中使用的讲义，作为Ashcroft & Mermin级别教科书的补充。
2020-01-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Massive topological edge channels in three-dimensional topological materials induced by extreme surface anisotropy
针对二维材料制备复杂且一维通道容量低的问题，提出利用表面各向异性在三维拓扑材料ZrTe5中实现大量一维拓扑边缘通道，为低功耗纳米器件开辟新途径。
2023-11-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Two-dimensional Topological Quantum Chemistry and Catalog of Topological Materials
University of the Basque Country UPV/EHU（巴斯克大学）；Donostia International Physics Center (DIPC)（圣塞巴斯蒂安国际物理中心）；Princeton University（普林斯顿大学）；IKERBASQUE, Basque Foundation for Science（伊卡巴斯基克，巴斯克科学基金会）；Center for Computational Quantum Physics, Flatiron Institute（平顿研究所计算量子物理中心）；Laboratoire de Physique de l’Ecole normale supérieure, ENS, Université PSL, CNRS, Sorbonne Université, Université Paris-Diderot, Sorbonne Paris Cité（巴黎高等师范学院物理实验室，巴黎文理研究大学，法国国家科学研究中心，索邦大学，巴黎第七大学，索邦巴黎城）
本文将拓扑量子化学形式化方法适配至层群，分析了C2DB和MC2D中8,872个2D材料条目，发现4,073个拓扑非平庸或阻碍原子绝缘体，并编制了拓扑二维材料数据库2D-TQCDB。
2026-10-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Topological Crystalline Insulators and Topological Superconductors: From Concepts to Materials
本文综述了拓扑绝缘体以外的拓扑材料的最新研究进展，特别是拓扑晶体绝缘体和体相拓扑超导体。阐述了这些新拓扑材料的基本概念、模型哈密顿量和新颖的电子性质。的关键作用的对称性，其拓扑性质的基础上阐明。讨论了它们在材料实现中的关键问题。
2015-01-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Topological materials or structures: Origin of higher-order topological states
高阶拓扑态（HOTS）在经典波系统中得到了广泛的研究。它们不存在于无限大材料的带隙中，而当无限大材料被截断为有限结构时，它们表现为带隙内局域模。在这里，我们将通过实验揭示声学系统中HOTS的起源。我们设计了完全由铰链和拐角谐振器组成的中空声学结构。我们提出的实验证明，尽管缺乏表面和散装，空心声学结构仍然可以支持拓扑保护的铰链和角的状态，表明本地配置的边界是HOTS的产生源。然后将二维和三维拓扑中空声学结构组装成复合结构，并在实验中观察了其中的稳健HOTS。我们的研究结果提供了一个基本的观点HOTS在周期性结构，我们预计，这些研究结果将铺平道路，设计新的拓扑设备的能量回收，信息处理，无损检测和声传感。
2023-02-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Structural spillage: an efficient method to identify non-crystalline topological materials
本文提出结构溢出指标，结合第一性原理计算预测非晶固体的拓扑相，并预测非晶铋双层为拓扑非平凡材料，实现高效预测。
2023-01-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Topological Phases in Two-Dimensional Materials: A Brief Review
具有绝缘体和无隙表面或边缘模的拓扑相由于其基本的物理意义和在无耗散电子学和自旋电子学中的潜在应用而引起人们的广泛关注。本文主要综述了二维材料体系中拓扑非平凡相（如$\mathbb{Z}_2$拓扑绝缘体、量子反常霍尔效应、量子谷霍尔效应\textit{etc.}）的工程化研究进展，包括量子阱、III族至VII族元素的原子晶体层以及过渡金属化合物等。
2015-09-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Model Hamiltonian and Time Reversal Breaking Topological Phases of Anti-ferromagnetic Half-Heusler Materials
在本文中，我们构造了一个广义Kane模型，该模型在反铁磁有序的局部磁矩和巡游电子自旋之间引入了一个新的耦合项，以描述大家族反铁磁半Heusler材料的低能有效物理.研究了广义Kane模型的拓扑性质，在有效模型的不同参数范围内识别出了Dirac半金属相、Weyl半金属相、节线半金属相、B型三相点半金属相、拓扑镜像（或滑移）绝缘相和反铁磁拓扑绝缘相等多种拓扑相.特别是，我们发现，该系统总是被驱动到反铁磁拓扑绝缘体阶段，一旦散装带隙是开放的，而不管磁矩方向，从而提供了一个强大的实现反铁磁拓扑绝缘体。此外，我们还讨论了这些拓扑相在实际反铁磁半赫斯勒材料中的可能实现。我们的有效模型提供了一个基础，在这类材料的物理现象的未来研究。
2017-04-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Topological Materials Discovery By Large-order symmetry indicators
晶体对称性在能带结构的分类中起着重要的作用，固体中丰富的空间对称性导致了各种拓扑晶相（TCP）。然而，与拓扑绝缘体和Dirac/Weyl半金属相比，相对较少的现实材料候选人被提出用于TCP。基于我们最近开发的使用对称性指示剂有效发现拓扑材料的方法，我们探索了五个空间群（即SG 87，140，221，191，194）中的拓扑材料，这些空间群由基于大阶强对称性的指示剂（Z 8和Z12）索引，允许在单个化合物中实现几种无隙边界态。我们预测了多种TCP，代表性材料包括：Pt 3Ge（SG 140）、石墨（SG 194）、XPt 3（SG 221，X=Sn，Pb）、Au 4 Ti（SG 87）和Ti 2Sn（SG 194）。作为副产物，我们还发现AgXF_3（SG_（140），X=Rb，Cs）和AgAsX（SG_（194），X=Sr，Ba）是良好的狄拉克半金属，具有干净的费米面。所提出的材料提供了一个很好的平台来研究不同类型的边界状态之间的相互作用所产生的新特性。
2018-06-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Nonlinear dynamics of topological Dirac fermions in 2D spin-orbit coupled materials
石墨烯族材料是二维交错单层，由于固有的自旋轨道耦合而具有带隙能带结构。这些材料中的质量间隙可以通过用电场、非共振圆偏振激光或交换相互作用场进行偏置来按需操纵，从而允许单层被驱动通过多个拓扑相变。我们研究了自旋-轨道耦合石墨烯家族材料的动力学，揭示了嵌入非线性机制中的拓扑相变指纹，并展示了这些特征如何在非线性克尔效应和三次谐波产生过程中表现出来。我们发现，拓扑费米子的共振非线性光谱响应可以追溯到特定的狄拉克锥在这些材料中，使表征拓扑不变量在任何阶段通过检测电磁场的交叉极化分量。通过揭示通过拓扑现象产生谐波的独特过程，我们的发现为基于石墨烯家族二维半导体的新型非线性系统的发展开辟了一条令人鼓舞的道路。
2021-03-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Introduction to Dirac materials and topological insulators
我们提出了一个简短的教学介绍狄拉克材料的物理学，仅限于石墨烯和二维拓扑绝缘体。我们首先简要回顾一下粒子物理学中的狄拉克方程和外尔方程。转向凝聚态系统，介绍了半金属石墨烯和各种狄拉克绝缘体，包括Haltron和Kane-Mele拓扑绝缘体。我们还简要讨论了强自旋轨道耦合材料的实验实现。
2013-10-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Topological Magnetoelectric Response in Ferromagnetic Axion Insulators
拓扑磁电效应是拓扑场论的一个标志性反应，它为涌现拓扑现象的研究提供了一个范式转变。然而，它的直接观察尚未实现，由于要求苛刻的磁配置所需的间隙所有的表面状态。在这里，我们从理论上提出，具有简单的铁磁结构的轴子绝缘体，如MnBi_2 Te_4/（Bi_2 Te_3）_n系列，提供了一个理想的操场，实现TME。在设计的三角形棱柱几何形状中，所有的表面态都是磁带隙的。在垂直电场作用下，表面霍尔电流产生近半量子化的轨道矩，并伴随着无间隙的手征铰链模循环。因此，通过反转电场，可以容易地区分来自两个拓扑原点的轨道磁化。我们的工作铺平了一条新的途径TME在现实的轴绝缘体材料的直接观察。
2022-07-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Computation and data driven discovery of topological phononic materials
拓扑量子态的发现，标志着凝聚态物理和材料科学都翻开了新的一页。通过类比自旋电子系统，拓扑概念被推广到声子中，促进了拓扑声子学的诞生。在这里，我们提出了一种高通量筛选和数据驱动的方法来计算和评估超过10，000种材料中的TP。我们对5014个TP材料进行了分类，将其分为单Weyl、高简并Weyl和环状TP。其中，对贸易点的三个典型案例进行了详细的讨论。此外，我们建议322 TP材料与潜在的清洁非平凡的表面状态，这是有利于实验表征。这项工作显着增加了目前的TP材料库，这使得深入研究它们的结构-性能关系成为可能，并为未来与TP相关的器件设计开辟了新的途径。
2020-06-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Z2Pack: Numerical Implementation of Hybrid Wannier Centers for Identifying Topological Materials
对拓扑绝缘体和半金属的强烈理论和实验兴趣已经建立了能带结构拓扑作为基本材料性质。因此，识别频带拓扑已成为一个重要的，但往往具有挑战性的问题，目前没有详尽的解决方案。在这项工作中，我们编译了一系列的技术，一些以前已知的，允许解决这个问题的一个大的可能的频带拓扑结构。该方法是基于跟踪混合Wannier电荷中心计算相关的布洛赫状态，它适用于所有级别的材料建模：连续k.p模型，紧束缚模型和从头计算。我们应用该方法来计算和识别陈，Z2和晶体拓扑绝缘体，以及拓扑半金属相，使用真实的材料的例子。此外，我们提供了一个数值实现这种技术（Z2Pack软件包），非常适合高通量筛选的材料数据库的化合物与非平凡的拓扑结构。我们希望我们的工作将使研究人员能够：（a）确定实验探针的最佳拓扑材料，（b）对现有化合物进行分类，（c）揭示具有新的，尚未描述的拓扑状态的材料。
2016-11-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Discovering two-dimensional magnetic topological insulators by machine learning
本研究针对带完整带隙的磁性拓扑绝缘体稀缺问题，通过有监督训练神经网络得到可解释的拓扑诊断化学规则，结合从头算高通量筛选二维材料，发现6类新Chern绝缘体，为拓扑材料发现提供指导。
2023-10-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Symmetry Demanded Topological Nodal-line Materials
狄拉克和外尔物理在固体中的实现使拓扑材料成为凝聚态物理的主要研究热点之一。最近，拓扑节线半金属（topological nodular line semimetals）成为拓扑量子物质研究的一个热点。在拓扑节线半金属中，沿着动量空间中的特殊线的Dirac或Weyl类交叉产生了一个封闭的环或简并线，而不是离散的点。在这里，我们回顾了实验证实和理论预测的拓扑节线半金属，特别侧重于在各种材料中的节线的对称性保护机制。三种不同的机制：讨论了反演和时间反演对称性、镜像反射对称性和非对称对称性的组合，以及它们在自旋轨道耦合作用下的鲁棒性。我们还提出了一种新的外尔节线材料，Te平方网化合物KCu $_2$ EuTe $_4$，它有几个外尔节线，包括一个非常接近费米能级（$<$ 30 meV低于E $_F$）。最后，我们讨论了潜在的实验签名观察奇异属性的节线物理。
2017-11-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Topological classification and diagnosis in magnetically ordered electronic materials
我们发现，组合物的时间反演和空间对称性，也被称为磁空间群对称性，保护拓扑不变量以及表面状态，是不同于所有先前的拓扑状态。我们得到，通过明确和详尽的建设，拓扑分类的电子带绝缘体，磁有序的1421个磁空间群在三维空间中的每一个。我们还计算了每个非平凡类的基于对称性的指标，并通过这样做，建立了从对称表示到拓扑不变量的完整映射。
2021-02-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Atoms to topological electronic materials: A bedtime story for beginners
本文综述了凝聚态物质中不同拓扑电子态的理论基础和实验发现。首先，我们简要回顾了在固体能带理论中已经实现的传统电子态。其次，介绍了凝聚态电子系统中最简单的非平凡绝缘相（量子霍尔态）和拓扑序的概念。在接下来的章节中，我们讨论了二维量子自旋霍尔（QSH）态，并回顾了从二维QSH态到三维拓扑绝缘体（TI）的理论和实验进展。随后，我们简要介绍了最近发现的拓扑Dirac半金属，Weyl半金属，三重，六重和八重简并半金属和节线半金属的理论和实验理解。然后介绍了拓扑晶体绝缘体，它不能被认为是量子自旋霍尔或量子自旋霍尔绝缘体的后代。最后讨论了磁性在某些拓扑材料中的存在及其对电子能带结构的影响。
2019-05-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Anomalous Spin Response and Virtual-Carrier-Mediated Magnetism in a Topological Insulator
我们提出了一个全面的理论研究碲化汞量子阱中的静态自旋响应，揭示了独特的行为的拓扑非平凡的倒置结构。最引人注目的是，未掺杂的拓扑绝缘体系统的q=0（长波长）的自旋磁化率是恒定的，等于发现的值为无间隙的狄拉克样结构，而相同的数量显示了典型的减少，在正常绝缘体制度的带隙增加。我们讨论的局部磁矩存在于量子阱中，无论是在绝缘和电子掺杂的情况下的顺序的分歧。边缘状态的自旋响应也被认为是，我们提取有效的朗德g因子的体和边缘电子。在我们的研究中揭示的各种反直觉的自旋响应特性源于系统在访问电荷载流子动力学可以由普通薛定谔型物理学控制的情况下的多功能性，模仿手性狄拉克费米子的行为，或反映材料的受保护的拓扑顺序。
2016-01-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Room-Temperature Topological Phase Transition in Quasi-One-Dimensional Material Bi$_4$I$_4$
准一维（1D）材料提供了用于表征和调谐拓扑相的优越平台，原因有两个：i）存在多个可分裂表面，其使得能够更好地实验识别拓扑分类，以及ii）与更高维度的晶体结构相比，对诸如应变的扰动的更强响应，用于调谐拓扑相。在本文中，我们提供了准一维材料Bi $_4$ I $_4$中室温拓扑相变的实验证据，该相变通过弱耦合链的两个不同堆叠顺序之间的一级结构转变来介导。利用高分辨角分辨光电子能谱对两个自然可劈裂表面进行了研究，确定高温$β$相是第一个弱拓扑绝缘体，在（100）表面上没有带隙的狄拉克锥，在（001）表面上没有狄拉克交叉，而在低温$α$相中，（100）表面上的拓扑表面态打开了一个带隙，这与最近对高阶拓扑绝缘体的理论预测一致，该高阶拓扑绝缘体超出了所建立的拓扑材料数据库的范围，其具有无间隙铰链状态。我们的结果不仅确定了一阶和二阶拓扑绝缘体之间的罕见拓扑相变，而且为探索前所未有的物理建立了一个新的准一维材料平台。
2021-05-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Efficient Topological Materials Discovery Using Symmetry Indicators
虽然空间对称性的丰富性导致了可能的拓扑晶体（TC）相的电子的库存迅速扩大，物理实现一直缓慢实现，由于在现实的计算中确定能带拓扑结构的实际困难。在这里，我们将最近建立的理论的对称性指标的带拓扑结构的第一原理能带结构计算，并测试它的数据库先前合成的晶体。该算法可以有效地挖掘拓扑材料和预测拓扑性质，如保护表面状态。在将我们的算法应用于230个空间群中的8个时，我们已经发现了许多表现出多种拓扑现象的候选材料，这些材料在一次扫描中同时被捕获。该列表包括最近提出的TC绝缘体的类别，没有以前的材料实现以及其他拓扑阶段，包括：（i）螺旋保护的3D TC绝缘体，\b{eta} -MoTe 2，除了1D螺旋“铰链”状态外，具有带隙表面;（ii）旋转保护的TC绝缘体BiBr，具有共存的表面狄拉克锥和铰链状态;（iii）非中心对称的Z2拓扑绝缘体，使用公认的宇称标准AgXO无法检测（X=Na，K，Rb）;（iv）狄拉克半金属MgBi 2 O 6;（v）狄拉克半金属AgF 2;以及（vi）在费米能附近具有三重简并带交叉的金属AuLiMgSn。我们的工作展示了最近对能带结构基本原理的理论见解如何有助于发现新拓扑材料的实际目标。
2018-05-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Observation of anisotropic Dirac cones in the topological material Ti2Te2P
三维系统中的各向异性体Dirac（或Weyl）锥是一类具有倾斜Dirac（或Weyl）锥的材料，它们破坏了Lorentz不变性，因此近年来引起了人们的广泛关注。相反，对拓扑材料中各向异性表面狄拉克锥的研究却很有限，而狄拉克锥对载流子迁移率的贡献是各向异性的。利用角分辨光电子能谱和第一性原理计算，揭示了辉碲铋矿材料Ti_2Te_2P在布里渊区（001）面上的各向异性表面狄拉克色散.我们观察到在布里渊区M点处的准椭圆费米口袋，形成各向异性表面狄拉克锥。我们的计算的Z2指数证实，该系统是拓扑非平凡的多个拓扑相在同一材料。此外，观测到的体带形成的类螺旋线特征使该系统具有丰富的拓扑结构。
2022-09-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Nonlocal Optical Response in Topological Phase Transitions in the Graphene Family
我们调查交错的二维材料的石墨烯家族，包括硅烯，锗烯，锡烯的电磁响应，因为它们是通过各种拓扑相变使用外部场驱动。利用Kubo形式，我们计算了它们的光电导率张量，考虑到电磁激发的频率和波矢，并研究了它在材料的全电子相图上的行为。我们还考虑了石墨烯家族中的等离子体激元激发，发现光学响应中的非局域性会影响各个相的等离子体激元色散谱。电导率分量的表达式对于整个石墨烯家族都是有效的，并且可以容易地被其他人使用。
2017-11-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Intrinsic magnetic topological insulators in van der Waals layered MnBi$_2$Te$_4$-family materials
磁性与拓扑学的相互作用是凝聚态物理和材料科学的重要研究课题，它为探索量子反常霍尔效应、轴子电动力学和马约拉纳费米子等新兴物理提供了巨大的机会。然而，由于缺乏合适的工作材料，这些奇异的物理效应在实验中很少实现。在这里，我们预测，范德华层状MnBi $_2$ Te $_4$ -家庭材料显示二维（2D）铁磁性在单层和三维（3D）$A$型反铁磁性在块体，这可以作为一个新一代的材料平台，为国家的最先进的研究。值得注意的是，我们预测非常丰富的拓扑量子效应与突出的功能，在实验可用的材料MnBi $_2$ Te $_4$，包括3D反铁磁拓扑绝缘体与长期寻求的拓扑轴子状态，II型磁性Weyl半金属（WSM）与简单的一对Weyl点，和高温本征QAH效应。这些惊人的预测，如果实验证明，可能会深刻地改变拓扑量子物理学的未来研究和技术。
2018-08-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Topological braiding of non-Abelian mid-gap defects in classical meta-materials
在一维和二维拓扑超导体中，非平凡的辫群表示表现为涌现的马约拉纳零模的非阿贝尔量子统计。在这里，我们生成这样的表示与拓扑保护的畴壁模式在一个经典的类似物的Kitaev超导链，与粒子孔的对称性和Z2拓扑不变。中间隙模式被发现表现出独特的融合通道和丰富的非阿贝尔编织特性，这是使用T-结设置进行调查。我们采用绝热定理明确计算的编织矩阵的一个和两个对这些中间间隙的拓扑缺陷。
2020-03-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Phonon-induced topological transitions and crossovers in Dirac materials
我们发现，电子-声子相互作用可以改变狄拉克绝缘体和半金属的拓扑性质，在零和非零温度。与普遍认为温度升高总是会使拓扑相不稳定相反，我们的研究结果突出了声子可能导致拓扑表面态出现在具有拓扑平凡基态的材料中的交叉温度以上的情况。
2013-01-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
First Principles Calculations for Topological Quantum Materials
拓扑状态和拓扑材料的发现重塑了我们对物理和材料在过去15年的理解。第一性原理计算通过预测真实材料的拓扑结构，在连接拓扑理论和实验之间发挥着重要的作用。本文综述了拓扑量子材料的第一性原理方法。首先，我们统一了不同的概念的拓扑状态在同一能带反转的情况下。然后，利用第一性原理能带结构和新建立的拓扑材料数据库讨论了其拓扑结构。我们强调的挑战，在表征独立的Weyl半金属和计算拓扑表面状态，关闭与展望令人兴奋的运输和光学现象引起的拓扑结构。
2021-03-10 cond-mat.mtrl-sci
High-throughput search for topological magnon materials
本研究开发了基于对称性指标的全自动算法，对1649种磁性材料进行高通量搜索，发现387种拓扑磁振子候选材料，显著扩展了材料库并促进实验实现。
2024-11-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Topogivity: A Machine-Learned Chemical Rule for Discovering Topological Materials
Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）；Hong Kong University of Science and Technology（香港科技大学）；Facebook AI Research（脸书人工智能研究院）
拓扑材料呈现出非常规的电子特性，使它们对基础科学和下一代技术应用都具有吸引力。大多数目前已知的拓扑材料都是使用涉及量子波函数的基于量子力学的分析的方法发现的。在这里，我们使用机器学习来开发一种简单易用的启发式化学规则，仅使用其化学式就可以高精度地诊断材料是否具有拓扑结构。这个启发式规则是基于一个概念，我们称之为拓扑性，一个机器学习的数值为每个元素，松散地捕捉其形成拓扑材料的趋势。接下来，我们实现了一个高吞吐量的程序，发现拓扑材料的启发式拓扑规则预测的基础上从头验证。通过这种方式，我们发现了新的拓扑材料，这些材料不能使用对称性指标进行诊断，其中包括几种可能有希望用于实验观察的材料。
2023-01-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cs.LG
Nonlinear orbital response across topological phase transition in centrosymmetric materials
非线性光学响应常被用作研究材料电学性质的探针。对于拓扑材料，迄今为止的研究集中在光电流电流，这需要打破反转对称性。在这项工作中，我们提出了一个理论的轨道电流响应的反对称拓扑绝缘体。我们发现在中心对称材料中，在线偏振光照射下，存在一个量子允许的轨道电流响应。直流非线性电导率的符号反映了$\mathbb{Z}_2$指数，并且电导率在平凡相和拓扑绝缘体相之间的过渡处改变符号。本文导出了一类双简并带模型的非线性轨道光电流的表达式，并讨论了它在Bernevig-Hughes-Zhang模型和过渡金属二硫族化物1 T '相情况下的具体应用.还讨论了观测轨道电流的实验装置。
2021-02-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Topological insulators and thermoelectric materials
拓扑绝缘体是物质的一种新的量子态，它在体能隙内具有无隙的表面态。从二维碲化汞量子阱的发现开始，许多新的拓扑材料被理论预言和实验观察到。目前已知的TI材料可以分为两个家族，HgTe家族和Bi2Se家族。在TI的电子结构中发现的特征也使这些材料成为优异的热电材料。另一方面，优秀的热电材料也可以是拓扑平凡的。在这里，我们提出了一个简短的介绍，拓扑绝缘体和热电，并给出了化合物类的例子都是良好的热电性能和拓扑绝缘体可以找到。
2012-11-30 cond-mat.mtrl-sci
Noncollinear topological textures in two-dimensional van der Waals materials: From magnetic to polar systems
近年来，非共线拓扑纹理因其重要的基础研究价值和潜在的应用前景而受到越来越多的关注。最近在磁性和极性二维范德瓦尔斯材料中发现的内禀有序为研究非共线拓扑织构提供了一个新的理想平台。本文综述了近年来二维范德华材料中非共线拓扑织构的理论和实验研究进展。在这些年里，在一些二维范德华材料和相关的异质结构中，实验观察到了布洛赫和内尔类型的磁skyrmion。与此同时，人们对二维范德华材料中不同的非共线拓扑结构，如skyrmions、bimerons、antibiskyrmions和skyrmionium等，基于不同机制的理论预言也有了更多的报道，但这些预言仍有待于实验证实。此外，在二维范德瓦尔斯材料中，还预测了非共线拓扑电偶极序。由于二维范德华材料固有的二维性质和高度的可积性，它将在磁性和极性系统的非共线拓扑织构研究中发挥重要作用。
2021-04-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
The (High Quality) Topological Materials In The World
拓扑量子化学（TQC）将给定材料的化学和对称结构与其拓扑性质联系起来。该字段将材料的10398个实空间原子极限数据列表，并求解动量空间中电子能带的相容关系。不满足原子极限或能带不满足相容关系的材料是拓扑绝缘体/半金属。我们使用TQC来寻找世界上拓扑化学计量的非磁性“高质量”材料。我们开发了几个代码添加到VASP，可以计算所有的字符的所有对称性在所有高对称点的布里渊区（BZ）。使用TQC，然后我们开发代码来检查哪些材料在ICSD的拓扑。在我们筛选的ICSD数据库中的26938种化学计量材料中，我们发现了2861种拓扑绝缘体（TI）和2936种拓扑半金属（分别为2505和2560个非f电子）。我们的方法是唯一能够表明，没有TI的发现表现出脆弱的拓扑结构。我们将拓扑材料划分为不同的物理类。对于大多数的5797“高质量”拓扑材料，我们计算：拓扑类（等价类的TQC基本带表示-等价于拓扑指数），对称性（ies），保护拓扑类，在高对称点和直接间隙（绝缘体）的表示，和拓扑指数。对于拓扑半金属，我们然后计算系统是否成为一个拓扑绝缘体（其指数/类，我们计算）打破对称性-有用的实验。以这种方式获得了2152个以上的TI。对于几乎所有的5065非f-电子拓扑材料，我们提供的电子能带结构，允许定量属性（间隙，速度）的识别。值得注意的是，我们详尽的结果表明，很大一部分（~ 24%！）自然界中所有材料的拓扑性（…
2019-03-29 cond-mat.mtrl-sci
Sustainability-Driven Exploration of Topological Material
针对拓扑材料研究偏重性能而忽视可持续性的问题，本文构建涵盖成本、毒性、能耗、环境与社会影响等维度的分层评估框架，并筛选16,000余种材料以建立可持续拓扑材料数据库。
2023-08-18 cond-mat.mtrl-sci
Topological quantum states of matter in iron-based superconductors: From concepts to material realization
本文综述了铁基超导体中物质的拓扑量子态研究的最新进展。特别地，我们着重于铁的3d轨道的能带结构和超导态中存在的非平凡拓扑。本文综述了纳米粒子的基本概念、模型、材料和实验结果。铁基超导体中拓扑结构与高温超导性的自然结合为研究高温下的拓扑超导性和Majorana模提供了很好的机会。
2018-11-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Revisiting the Abundance of Topological Materials
本文采用集成杂化密度泛函理论与精确Hartree-Fock交换的先进计算工作流重新审视拓扑材料分类，发现仅有15%的材料具有拓扑非平庸性，远低于此前半局域泛函报告的30%，表明拓扑材料的实际丰度严重依赖于精确的原子与电子结构计算。
2025-07-14 cond-mat.mtrl-sci
High order momentum topological insulator in 2D semi-Dirac materials
本文研究二维半狄拉克材料中仅单方向存在的各向异性边缘态，提出其拓扑保护源于动量参数化一维约化哈密顿量的Zak相位，并将其定义为高阶动量拓扑绝缘体，同时分析了无序鲁棒性及双端输运后果。
2024-06-12 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Microwave response in a topological superconducting quantum interference device
微波光子探测在量子计算信息科学与技术中有着重要的应用。本文研究了在狄拉克半金属Cd_3As_2中实现的拓扑超导量子干涉器件（SQUID）的微波响应。研究了SQUID结电阻的温度特性和微波功率特性，得到了各微波功率下的有效温度。观察到有效温度随着微波功率的增加而增加。这种微波响应的观测可能为拓扑量子材料中微波频率下的单光子探测铺平道路。
2021-04-23 cond-mat.mtrl-sci
Topological Insulator Materials
拓扑绝缘体代表物质的一种新的量子态，其特征在于由于体波函数的拓扑特征而出现的特殊边缘或表面态。本文介绍了拓扑绝缘体材料的基本理论和材料特性。在介绍了拓扑绝缘体的历史观点和基本理论之后，讨论了截至2013年5月发现的所有拓扑绝缘体材料，并对作者参与的材料发现的进展进行了说明。总结了确定候选材料拓扑性质的可能方法。各种合成技术，以及实现大容量绝缘样品是重要的缺陷化学进行了讨论。讨论了拓扑绝缘体的特性，重点是输运性质。特别是，狄拉克费米子物理和由此产生的奇特的量子振荡模式进行了详细讨论。它强调，适当的量子振荡的分析，使它有可能明确地确定表面狄拉克费米子通过运输测量。展望拓扑绝缘体材料阐明新的量子现象，等待发现的结论。
2013-09-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Topological Semimetals in Square-Net Materials
许多材料结晶的结构类型，其特征是原子的正方形网络。虽然这些化合物可以表现出许多不同的性质，但这个家族的一些成员是拓扑材料。在基于方网的拓扑材料中，观察到的性质是丰富的，例如从半金属线到体半整数量子霍尔效应。因此，拓扑性质的引导设计的潜力是巨大的。在这里，我们提供了这些相的晶体学和电子特性的概述，并展示了它们是如何联系在一起的，目的是了解哪些方网材料可以是拓扑的，并预测其他例子。我们关闭审查讨论实验观察到的电子性质在这个家庭。
2018-08-20 cond-mat.mtrl-sci
Universal platform of point-gap topological phases from topological materials
该研究提出一种普适平台，通过在厄米拓扑绝缘体和超导体的耗散边界实现点隙拓扑相，并利用扩展的尼尔森-二宫定理建立其拓扑等价性，从而产生异常边界态或高阶非厄米趋肤效应。
2024-08-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Machine Learning on Multiple Topological Materials Datasets
本研究整合两个数据库构建含35608种材料的拓扑性质数据集，开发机器学习方法实现五类拓扑材料85.2%的分类准确率，分析数据集差异对模型的影响并识别出拓扑性质关键特征。
2025-03-20 cond-mat.mtrl-sci
Topological Materials: Weyl Semimetals
拓扑绝缘体和拓扑半金属都是一类新型的量子材料，它们的特征是由体能带结构的拓扑结构诱导出表面态。拓扑狄拉克或外尔半金属显示线性分散的圆形节点，称为狄拉克或外尔点，作为石墨烯的三维类似物。我们回顾的基本概念，并比较这些拓扑状态的物质从材料的角度，特别侧重于外尔半金属。TaAs家族是以教学方式介绍Weyl点签名的理想材料类别，从费米弧到手性磁输运性质，然后在WTe2，MoTe2和相关化合物中寻找II型Weyl半金属。许多材料都是大族的成员，并且可以调整拓扑属性。作为一个例子，我们介绍了多功能拓扑材料，Heusler化合物，其中既可以找到拓扑绝缘体和磁性Weyl半金属。
2016-11-21 cond-mat.mtrl-sci
All Topological Bands of All Nonmagnetic Stoichiometric Materials
拓扑量子化学和基于对称性的指示剂促进了在费米能（$E_{F}$）处具有拓扑性质的材料的大规模搜索。我们报告了在无机晶体结构数据库的96，196个可处理条目中，在所有位于和远离$E_{F}$的带中的稳定和脆弱拓扑结构的公开可访问目录的完成。我们的计算代表了已知的超导材料的能带拓扑结构的完成，并使重复拓扑和超拓扑材料，其中包括菱面体铋和Bi $_2$ Mg $_3$的发现成为可能。我们发现，52.65%的所有材料是拓扑在$E_{F}$，大约$2/3$的带在所有材料表现出稳定的拓扑结构，87.99%的所有材料包含至少一个稳定或脆弱的拓扑带。
2022-06-09 cond-mat.mtrl-sci
Jacutingaite-family: a class of topological materials
Jacutingate是最近发现的巴西天然矿物，已被证明是Kane-Mele拓扑模型的第一个实验实现。在这封信中，我们揭示了一类材料$M_2NX_3$（$M$ =Ni、Pt、Pd; $N$ =Zn、Cd、Hg;以及$X$ =S、Se、Te），它们具有铜铜矿的主要特征，即，高稳定性和拓扑相。通过采用第一性原理计算，我们广泛地描述了这类的能量稳定性，同时显示了一个常见的凯恩-梅勒拓扑相。在这里，我们发现铂基材料超越了jacutingaite令人印象深刻的拓扑间隙和较低的剥离屏障，同时保持其稳定性。
2020-10-29 cond-mat.mtrl-sci
Angle-resolved photoemission of topological materials
本文综述了利用角分辨光电子能谱研究各类三维拓扑材料相的工作，重点涵盖过渡金属二硫族化合物实例及超快泵浦-探测实验进展。
2024-12-31 cond-mat.mtrl-sci
Boosting the discovery of 3D topological materials: mixing chemistry with physics via a two-step computational screening strategy
晶体固体中的拓扑材料，包括拓扑绝缘体（TI）、拓扑晶体绝缘体（TCI）、拓扑Dirac半金属（DSM）、拓扑Weyl半金属（WSM）、拓扑Dirac或Weyl节线半金属（NLSM）等，主要具有拓扑的、受保护的非平凡表面态，其体相是适当存在Dirac锥的绝缘体或半金属，费米能级周围的外尔节点或狄拉克节点线。作者提出了一种将化学与物理相结合的两步计算筛选三维拓扑材料的策略，并考虑了完全填充能带和能带反转。
2017-05-04 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
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。
2022-03-03 cond-mat.mtrl-sci
Catalogue of topological phonon materials
Princeton University（普林斯顿大学）；Zhejiang University（浙江大学）；Donostia International Physics Center（圣塞巴斯蒂安国际物理中心）；Max Planck Institute for Chemical Physics of Solids（马克斯·普朗克固体化学物理研究所）；Chongqing University（重庆大学）；University of the Basque Country UPV/EHU（巴斯克国立大学）；Peking University（北京大学）；IKERBASQUE, Basque Foundation for Science（伊克尔巴斯克，巴斯克科学基金会）
本文基于拓扑量子化学方法，对超过一万种三维晶体材料的声子带结构进行拓扑分类，发现并分类了超过千种非平凡声子材料，构建了拓扑声子数据库。
2022-11-21 cond-mat.mtrl-sci
Electronic properties of SnTe-class topological crystalline insulator materials
近年来拓扑绝缘体的兴起，无论是在凝聚态物理的概念认知上，还是在电子器件的革命性发展上，都有了新的突破。它还刺激了对更多拓扑状态的物质的探索。拓扑晶体绝缘体是一种新的拓扑相，它将电子拓扑和晶体对称性结合在一起。本文综述了SnTe类拓扑晶体绝缘体材料的研究进展。从体拓扑、表面态计算和实验观察等方面的拓扑识别出发，介绍了拓扑晶体绝缘体在各种扰动（包括本征缺陷、化学掺杂、应变和厚度依赖的限制效应）下的电子性质，并讨论了它们独特的量子输运性质.例如狄拉克费米子的谷选择性过滤和螺旋度分辨功能。SnTe类材料具有丰富的性质和高的可调谐性，使其成为新型量子器件的候选材料。
2016-07-16 cond-mat.mtrl-sci
Topological quantum materials from the viewpoint of chemistry
拓扑学是一个数学概念，近年来已成为一个热门的、真正跨学科的话题，它涵盖了凝聚态物理、固态化学和材料科学。由于实空间（即原子、价电子、键和轨道）与倒易空间（即能带和费米面）之间通过对称性和拓扑学存在直接联系，因此可以在单粒子图像中对拓扑材料进行分类。目前，大多数材料被分类为平凡绝缘体、半金属和金属，或拓扑绝缘体、狄拉克和外尔线半金属和拓扑金属。拓扑结构的关键成分是：一定的对称性，导致导带和价带反转的外层电子的惰性对效应，以及自旋轨道耦合。这篇综述从固态化学家的角度介绍了与固体相关的拓扑概念，总结了生长单晶的技术，并描述了基本的物理性质测量技术，以表征拓扑材料的结构之外，并提供了这样的材料的例子。最后，对拓扑学在化学其他领域的影响进行了简要的展望。
2021-03-22 cond-mat.mtrl-sci
Angle-resolved photoemission spectroscopy and its application to topological materials
角分辨光电子能谱（ARPES）是一种基于光电效应的实验技术，可以说是探测固体电子结构的最有力的方法。在过去的十年中，ARPES取得了显著的进展，包括软X射线ARPES、时间分辨ARPES、自旋分辨ARPES和空间分辨ARPES的快速发展，以及能量和动量分辨率的显著提高。因此，ARPES已成为拓扑材料研究中不可或缺的实验探针，这些拓扑材料具有可以通过ARPES直接检测的特征非平凡体和表面电子结构。在过去的几年里，ARPES在拓扑材料的几个里程碑式的发现中发挥了至关重要的作用，包括拓扑绝缘体和拓扑狄拉克和外尔半金属的鉴定。在这篇技术评论中，我们评估了不同ARPES技术的最新发展，并说明了这些技术在拓扑材料研究中的应用能力。
2021-06-17 cond-mat.mtrl-sci
