DFT based insights into elastic, thermophysical, electronic and optical properties of topological insulators XTe5 (X = Zr, Hf)
本研究利用DFT计算揭示了ZrTe5和HfTe5的力学稳定性、脆性及混合键合特性，并发现其高反射率和低热导率，表明它们适用于声学、热电及太阳辐射反射涂层，且自旋-轨道相互作用增强了其绝缘性。
2025-04-22 cond-mat.mtrl-sci
On the Emergence of Topologically Protected Boundary States in Topological/Normal Insulator Heterostructures
我们对拓扑/正常绝缘体（TI/NI）异质结构中拓扑保护边界态（TPBS）的形成进行了系统的研究。使用最近开发的计划，以构建{ \it ab-initio}紧束缚哈密顿矩阵从密度泛函理论（DFT）计算，我们研究了系统的实际尺寸与高精度和控制的相关参数，如TI和NI带对齐，NI间隙和自旋轨道耦合强度。我们的研究结果指出，存在一个NI临界厚度的出现TPBS和TI和NI之间的频带对齐的TPBS的外观的重要性。我们选择Bi $_{2}$ Se $_{3}$作为一个典型的情况下，拓扑/正常的绝缘体的行为是由具有/不具有自旋轨道耦合的区域建模。最后，我们验证了我们的方法比较我们的模型与完全相对论DFT计算的TI/NI异质结构的Bi $_{2}$ Se $_{3}$ /Sb $_{2}$ Se $_{3}$。
2018-03-22 cond-mat.mtrl-sci
A Self-consistent DFT+DMFT scheme in the Projector Augmented Wave : Applications to Cerium, Ce2O3 and Pu2O3 with the Hubbard I solver and comparison to DFT+U
在DFT+DMFT框架下，基于平面波投影增广波（PAW）DFT程序实现了电子密度的全自洽性。它允许在平面波方法内精确计算DFT+DMFT中的总能量。与基于最大局域化Wannier函数的框架相比，该方法很容易应用于f电子系统，如铈，氧化铈（Ce2O3）和氧化钚（Pu2O3）。为了对能量项进行正确的物理计算，我们发现必须计算自洽密度。形式主义是通用的，并不依赖于用于解决杂质模型的方法。计算进行内的哈伯德我近似，这是快速解决，并给出了一个很好的描述强相关的绝缘体。我们比较了DFT+DMFT和DFT+U解，并强调了它们的收敛密度的定性差异。我们强调，与DFT+U相比，DFT+DMFT不会破坏自旋和轨道对称性。因此，DFT+DMFT意味着，在相关金属和绝缘体的更好的物理描述之上，与DFT+U相比，相关绝缘体中非物理亚稳溶液的发生率降低。
2013-01-23 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Induced robust topological order on an ordinary insulator hetero-structured with a strong topological insulator
物质的拓扑态来源于材料的不同拓扑电子结构。对于强拓扑绝缘体（STI），拓扑表面（界面）是不同拓扑属的材料之间电子结构转变的直接结果。因此，如果这种拓扑特征可以被操纵，这是非常有趣的。除了调谐晶体场和自旋轨道耦合的强度（例如，通过外部应变或化学掺杂），目前很少有关于普通绝缘体（OI）中由OI/STI异质结构诱导的拓扑状态的报道。在这里，我们报告观察到的狄拉克锥拓扑表面状态（TSS）诱导的Sb 2Se 3层上的OI/STI异质结构中厚达15 nm，在鲜明的对比与OI/OI异质结构中，没有迹象TSS可以观察到。这是明显的诱导拓扑状态在OI的异质结构。
2016-11-15 cond-mat.mtrl-sci
Theoretical prediction of topological insulator in ternary rare earth chalcogenides
用从头计算方法研究了一类新的三维拓扑绝缘体--三元稀土硫族化合物。基于体能带结构分析和拓扑表面态的直接计算，我们证明了LaBiTe 3是一种拓扑绝缘体。La可以被其他稀土元素取代，为量子反常霍尔绝缘体、轴子绝缘体和拓扑近藤绝缘体等新型拓扑态提供了候选材料。此外，YBiTe 3和YSbTe 3被发现是正常的绝缘体。它们的晶格常数和化学组成匹配良好，可用作LaBiTe 3和Bi 2 Te 3族拓扑绝缘体的保护阻挡层材料。
2010-08-13 cond-mat.mtrl-sci
Tuning topological surface states by cleavage angle in topological crystalline insulators
最近在两类特殊绝缘体--拓扑绝缘体和拓扑晶体绝缘体--的表面发现了导电态，它们的区别在于它们对无序水平上的局部和非磁性表面缺陷不敏感，这种无序水平足够小，可以用微扰理论来描述。然而，在非局部宏观缺陷的情况下的表面状态的行为是不清楚的。在这里，我们提出了一个系统的研究拓扑表面状态的邻位平面（偏离完美的表面解理）在拓扑晶体绝缘体的碲化锡家庭，通过使用现实的第一性原理推导的紧束缚模型。所提出的理论框架是相当普遍的，并容易允许扩展到其他拓扑绝缘体族。
2019-09-21 cond-mat.mtrl-sci
Topological Crystalline Insulators
最近拓扑绝缘体的发现重新引起了人们对绝缘能带结构拓扑性质的兴趣。在这项工作中，我们扩展了绝缘能带结构的拓扑分类，包括某些点群对称的晶体。我们发现了一类三维的拓扑晶体绝缘体，它们在某些高对称性的晶体表面上具有金属表面态。这些拓扑晶体绝缘体可以被看作是拓扑绝缘体在没有自旋轨道耦合的材料中的对应物。它们的表面态具有二次带简并性而不是线性狄拉克色散。它们的能带结构具有新的Z 2不变量。我们希望这项工作将扩大家庭的拓扑相带绝缘体和刺激他们在实际材料中的搜索。
2011-03-12 cond-mat.mtrl-sci
Impurity scattering in the bulk of topological insulators
本文研究了二维和三维拓扑绝缘体（TI）中$δ$ -杂质散射的时间反演效应。具体地说，我们考虑杂质散射强度是如何受拓扑绝缘体的体能带结构的影响。一个有趣的带反转效应与系统的变化，从普通的拓扑绝缘体指出。我们的研究结果的实验后果进行了讨论。
2011-11-07 cond-mat.mtrl-sci
Reformulation of DFT+U as a pseudo-hybrid Hubbard density functional
以较低的计算费用准确预测材料的电子性质是发展有效的高通量量子力学（HTQM）框架以加速材料发现的必要条件。HTQM基础设施依赖于密度泛函理论（DFT）的预测能力，这是材料性能第一性原理研究的首选方法。然而，DFT的近似导致半导体和绝缘体的电子能带结构的描述有些不准确。在这篇文章中，我们介绍ACBN 0，一个伪混合哈伯德密度泛函，产生一个改进的预测的能带结构的绝缘体，如过渡金属氧化物，如TiO 2，MnO，NiO和ZnO，只有一个微不足道的增加计算成本。
2014-10-21 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Direct observation of decoupled Dirac states at the interface between topological and normal insulators
在拓扑绝缘体中的几种应用和奇异效应依赖于拓扑绝缘体和正常绝缘体之间界面处螺旋狄拉克态的存在。在本工作中，我们利用低能角分辨光电子能谱学对Si（111）衬底上生长的Bi $_2$ Se $_3$薄膜和Bi $_2$ Te $_3$ /Bi $_2$ Se $_3$异质结构的界面态进行了研究和表征。结果表明，狄拉克费米子确实存在于拓扑-正常-绝缘体边界，而不存在于拓扑-拓扑-绝缘体界面。此外，它表明，能带弯曲内存在的拓扑绝缘体膜导致的界面和表面态的能量的实质性分离。这些结果为进一步研究和实现拓扑绝缘体薄膜异质结构中的界面相关现象奠定了基础。
2013-11-02 cond-mat.mtrl-sci
Converting normal insulators into topological insulators via tuning orbital levels
通过杂质掺杂调节自旋轨道耦合强度和/或通过应变工程改变键合强度是将普通绝缘体转化为拓扑绝缘体的主要途径。本文提出了一种通过调节轨道能级来实现拓扑相变的策略。基于这一策略，我们的第一性原理计算表明，碳替代掺杂可以促进立方钙钛矿型化合物CsGeBr $_3$和CsSnBr $_3$的拓扑相变.这种独特的拓扑相变主要是由于碳掺杂剂的较低轨道能量，这可以拉低导带，甚至诱导带反转。除了传统的方法，我们的发现调整轨道水平可能会大大扩大拓扑非平凡材料的范围。
2015-11-03 cond-mat.mtrl-sci
Topological crystalline insulator states in Pb(1-x)Sn(x)Se
拓扑绝缘体是一类新型的量子材料，其时间反转对称性、相对论（自旋-轨道）效应和反向能带结构导致在大块晶体表面上形成电子金属态。这些螺旋状态表现出狄拉克一样的能量分散体带隙，它们是拓扑保护。最近的理论建议表明拓扑晶体绝缘体的存在，这是一类新型的拓扑绝缘体，其中晶体对称性取代了拓扑保护中的时间反演对称性[1，2]。在这项研究中，我们表明，窄隙半导体Pb（1-x）Sn（x）Se是一个拓扑晶体绝缘体x = 0.23。温度依赖的磁输运测量和角分辨光电子能谱学表明，该材料经历了一个温度驱动的拓扑相变从平凡的绝缘体的拓扑晶体绝缘体。这些实验发现为拓扑绝缘体家族增加了一个新的类别。我们期望这些结果将是一个相当大的机构的拓扑晶体绝缘体以及拓扑相变的详细研究的额外研究的开始。
2013-08-15 cond-mat.mtrl-sci
On the self-consistency of DFT-1/2
本研究分析DFT-1/2方法的自洽性对不同键型绝缘体、半导体电子结构的影响，指出自洽方案对各类材料均更优，揭示了非自洽方案的局域化过强、带隙异常偏高等缺陷。
2022-09-04 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Magnetic proximity effect at the 3D topological insulator/magnetic insulator interface
磁邻近效应是由拓扑绝缘体和磁性材料层组成的异质结构的基本特征，因为它是具有新颖量子功能的器件中的许多潜在应用的基础。以Bi $_2$ Se $_3$ /MnSe（111）体系为例，利用密度泛函理论研究了三维拓扑绝缘体/磁绝缘体（TI/MI）界面的磁邻近效应.我们证明了在界面附近出现一个能隙的普通束缚态，其能谱依赖于界面势。由于拓扑绝缘体向更深的原子层迁移，系统中也出现了带隙的拓扑狄拉克态。狄拉克锥中的能隙起源于拓扑态和普通界面态的重叠。这一结果也被证实的分析模型，是一个关键方面的磁邻近效应机制的TI/MI结构。
2013-04-04 cond-mat.mtrl-sci
Atomic-ordering-induced quantum phase transition between topological crystalline insulator and Z2 topological insulator
单一材料中的拓扑相变通常是指平凡带绝缘体和拓扑狄拉克相之间的转变，但这种转变也可能发生在不同类别的拓扑狄拉克相之间。然而，在同一材料中实现Z2非平凡拓扑绝缘体（TI）和拓扑晶体绝缘体（TCI）之间的量子跃迁是一个根本的挑战，因为Z2 TI和TCI对能带反转数目的矛盾要求使得它们很难共存于同一材料中。Z2 TI在所有的时间反演不变动量上必须有奇数个带反转，而新发现的TCIs作为受潜在晶体对称性保护的拓扑狄拉克材料的一个独特类别，拥有偶数个带反转。以PbSnTe_2合金为例，说明在适当的合金成分下，原子有序化是调节合金对称性的有效途径，当合金从无序相有序化为稳定的CuPt相时，可以实现TCI相和Z_2 TI相的电转换。我们的研究结果表明，原子有序提供了一个新的平台，在不同的拓扑相位之间切换。
2017-02-19 cond-mat.mtrl-sci
Screening potential topological insulators in half-Heusler compounds via compressed-sensing
三元半Heusler化合物具有广泛的可调电子结构，为发现拓扑绝缘体提供了一个新的平台。然而，由于耗时的计算和综合过程，新的拓扑绝缘体的识别是一项艰巨的任务。本文采用压缩传感方法快速筛选半Heusler族中的势拓扑绝缘体，该方法通过只依赖于组成原子基本性质的二维描述子实现.除了有限的训练数据，建议的描述符被用来筛选许多新的半Heusler化合物，包括那些与整数和分数的化学计量比，并预测了大量的可能的拓扑绝缘体。
2020-04-26 cond-mat.mtrl-sci
Antiferroelectric topological insulators in orthorhombic $A$MgBi compounds ($A=$ Li, Na, K)
介绍了反铁电拓扑绝缘体作为一类新型的功能材料，它可以通过外加电场来控制拓扑有序性，并诱导拓扑相变。使用第一性原理方法，我们预测，几个碱镁铋正交的$ABC$家族的化合物的成员是反铁电拓扑绝缘体。我们还表明，外延应变和静水压力可以用来调整这些$ABC$化合物的拓扑顺序和带隙。反铁电拓扑绝缘体可以利用电场精确控制拓扑结构，增强拓扑材料在电子学和自旋电子学中的应用。
2017-06-01 cond-mat.mtrl-sci
Theoretical search for half-Heusler topological insulators
为了寻找拓扑绝缘体的新候选者，我们对两千多个半赫斯勒化合物进行了从头算能带结构计算。本文中，LiAuS和NaAuS被发现是最强的拓扑绝缘体，体带隙分别为0.20和0.19 eV，不同于其他Heusler拓扑绝缘体中报道的零带隙特征。由于Heusler结构的反转不对称性，它们在顶面和底面上的拓扑表面态分别呈现p型和n型载流子。因此，这些材料可以作为极性拓扑绝缘体作为实现拓扑磁电效应的理想平台。此外，这些拓扑表面态在上狄拉克锥中表现出右手自旋织构，这将它们与目前已知的拓扑绝缘体材料区分开来。它们的拓扑非平凡的字符仍然强大的面内应变，这使得它们适合于薄膜的外延生长。
2014-05-06 cond-mat.mtrl-sci
Topological insulators in filled skutterudites
基于从头计算，我们在铈填充方钴矿（FS）化合物中发现了新的拓扑绝缘体。我们发现CeOs_4As_（12）和CeOs_4Sb_（12）是Os-d和Ce-f轨道之间具有带反转的零能隙材料，因此它们是二维和三维拓扑绝缘体的母体化合物，就像块体HgTe一样。在低温下，这两种化合物都变成拓扑近藤绝缘体，它们在本体上是近藤绝缘体，但在边界上具有鲁棒的狄拉克表面态。这种新的拓扑绝缘体家族与以前的相比具有两个优点。首先，它们可以与其他超导FS化合物具有良好的邻近效应，实现Majarona费米子。其次，CeOs_4Sb_（12）在低温下的反铁磁性为实现具有新拓扑现象的大质量狄拉克费米子提供了一种途径。
2011-04-01 cond-mat.mtrl-sci
Helical Edge Modes near Transition to Topological Insulator with Indirect Gap
螺旋边缘模式是二维拓扑绝缘体的特征。本文证明了在一定条件下，螺旋边模在过渡到普通绝缘体或半金属时仍然存在。在正方形网格上的紧束缚模型中考虑了直边和锯齿边。重点研究了体拓扑绝缘体中间接带隙的情况，得到了跃迁两侧的边缘模谱。对于直边，具有强粒子-空穴非对称性的拓扑绝缘体中的螺旋边模在动量空间中存在重入区。边缘模式甚至出现在普通绝缘体中，但在半金属中不存在。在锯齿形边缘，螺旋边缘模式在半金属和普通绝缘体中都存在。然而，在普通绝缘体的能隙内不存在边缘模。所有结果都是通过分析得到的。
2010-11-08 cond-mat.mtrl-sci
New Candidates for Topological Insulators : Pb-based chalcogenide series
在这里，我们从理论上预测，一系列的铅基层状硫族化合物，Pb $_n$ Bi $_2$ Se $_{n+3}$和Pb $_n$ Sb $_2$ Te $_{n+3}$，是可能的新的候选人的拓扑绝缘体。随着$n$的增加，发现从拓扑绝缘体到能带绝缘体的相变发生在$n=2$和3之间。值得注意的是，在新的拓扑绝缘体中，我们在PbBi $_2$ Se $_4$中发现了0.40 eV的体带隙，这是最大带隙拓扑绝缘体之一，并且Pb $_2$ Sb $_2$ Te $_5$位于拓扑相边界的紧邻处，使得其拓扑相容易通过改变外部参数（例如晶格常数）来调节。由于相边界处的三维狄拉克锥，在Pb $_2$ Sb $_2$ Te $_5$中也可以容易地获得无质量的狄拉克费米子。
2010-07-30 cond-mat.mtrl-sci
Fully Consistent Density Functional Theory Determination of the Insulator-Metal Transition Boundary in Warm Dense Hydrogen
利用概念上和程序上一致的密度泛函理论（DFT）计算和先进的元GGA交换关联泛函的从头计算分子动力学模拟，我们确定了50 ~ 300 GPa压力范围内的热稠密流体氢的绝缘体-金属转变（IMT）.通过路径积分分子动力学（PIMD）的核量子效应的列入锐化的金属过渡，并降低过渡温度相对于Born-Oppenheimer（BO）MD的结果。BOMD本身给出了改进的协议与实验结果相比，以前的DFT预测。检查的离子对关联函数的上下文中的突然电导率增加在过渡确认金属过渡由于解离的分子氢，符合突然的带隙闭合。PIMD和BOMD结果的直接比较清楚地表明了同位素对IMT的影响。不同于随机模拟，这些结果不依赖于任何特设的基态和有限T方法的组合。
2020-02-13 cond-mat.mtrl-sci
Mott metal-insulator transition from steady-state density functional theory
我们提出了一个计算有效的方法来获得的光谱函数的整体系统的稳态密度泛函理论（i-DFT）的框架内使用理想化的扫描隧道显微镜（STM）的设置。我们计算通过STM尖端的电流，然后从有限偏置微分电导中提取光谱函数。虚构的非相互作用系统的i-DFT功能的交换相关（xc）的贡献，以保证相同的电流在真正的相互作用系统的偏置。精确的xc偏置的属性，建立使用费米液体理论，并随后实施构建近似的哈伯德模型。我们表明，两种不同的晶格结构的金属-绝缘体过渡被捕获的i-DFT。
2020-11-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Noncollinear magnetic sampling method for paramagnetic Mott insulator MnO
提出了一种基于静态密度泛函理论（DFT）的新方法来描述顺磁莫特绝缘体MnO。在基于无序局域矩模型的超原胞方法之一的磁取样方法中加入了自旋非共线性和正则系综。非共线MSM（NCMSM）与DFT $+U$的组合代表了一种非常有利的计算方法，称为NCMSM $+U$，其以适度的数值代价精确地确定MnO的顺磁性质。研究了电子关联和自旋非共线性对MnO性质的影响。我们发现，自旋非共线性起着重要的作用，在确定详细的电子配置文件和精确的能量顺磁性MnO。我们的结果表明，在莫特绝缘体的高温特性的模拟中，基于DFT的动态平均场论的$\textit{ab initio}$框架的NCMSM $+U$方法可以被用作替代。
2019-05-20 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Ferrimagnetic Slater Insulator Phase of the Sn/Ge(111) Surface
我们对Sn/Ge（111）表面进行了半局域和混合密度泛函理论（DFT）研究，以确定在低于${\sim}$ 30 K时观察到的绝缘${\sqrt{3}}{\times}{\sqrt{3}}$相的起源。与半局域DFT计算预测金属3-${\times}$ 3基态的结果相比，考虑范德华相互作用的混合DFT计算表明，具有${\sqrt{3}}{\times}{\sqrt{3}}$结构对称性的绝缘亚铁磁结构在能量上优于金属3-${\times}$ 3结构.结果表明，自相互作用误差的校正与混合交换相关泛函引起的亚铁磁序引起的带隙开放。结果表明，所观察到的绝缘相是归因于斯莱特机制通过巡回磁序，而不是迄今为止接受的莫特-哈伯德机制通过电子关联。
2013-10-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Anomalous molecular orbital variation upon adsorption on wide band gap insulator
通常认为，有机分子物理吸附在宽带隙绝缘体的理想非极性表面上，吸附物分子的电子性质变化有限。在密度泛函理论（DFT）和$GW$近似的第一性原理计算的基础上，我们表明，这是不普遍正确的。我们发现，当羟基酸（这里我们选择葡萄糖酸）吸附在MgSO $_4$ $\cdot$ H $_2$ O（100）表面上时，由于分子与绝缘表面之间的复杂相互作用，分子前线轨道发生了显著的变化。当通过多体修正考虑表面极化效应时，由DFT得到的吸附效应对能隙的预测趋势相反。
2010-05-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Rubidium superoxide: a p-electron Mott insulator
超氧化铷（RbO_2）是一种罕见的具有部分填充p电子态的固体，它允许研究自旋和轨道有序的相互作用以及与传统d或f电子系统完全不同的材料中强电子关联的其他效应。本文用密度泛函理论和动力学平均场论相结合的方法证明了室温下RbO_2确实是一种顺磁性的莫特绝缘体。我们构造了金属-绝缘体相图作为温度和Hubbard相互作用参数U和J的函数。由于RbO_2能带结构的强粒子-空穴不对称性，我们发现与通常用于研究多带哈伯德模型的简单半椭圆态密度相比有很大的差异。与我们以前的DFT研究一致，我们还发现了低温下复杂自旋和轨道有序的迹象。
2012-06-07 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Electronic energy gap closure and metal-insulator transition in dense liquid hydrogen
采用量子蒙特卡罗（QMC）方法，研究了高压下液氢中绝缘体-金属相变。低于从分子到原子液体的转变的临界温度，基本电子能隙闭合突然发生，具有反映热力学状态方程中的弱一级转变的小的不连续性。在临界温度以上，当间隙仍然打开时，分子开始解离。当间隙闭合时，非对角约化密度矩阵的衰减表明液体进入无间隙但局部化的相：在绝缘液体和金属液体之间存在交叉。与不同的DFT泛函相比，我们的QMC计算提供了更大的值的基本间隙和电子态密度接近带边，表明DFT的光学性质可能受益于误差抵消。
2020-09-01 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Interfacial doping in LaVO$_3$/SrVO$_3$ multilayers from DFT+DMFT
通过在多层几何结构中插入几层相关金属SrVO $_3$，研究了莫特绝缘体LaVO $_3$的空间掺杂效应.使用密度泛函理论与动态平均场论相结合，我们表明，这导致了一个几何限制和强大的金属层，稳定的金属性SrVO $_3$，即使在层的限制，抑制潜在的维数引起的金属-绝缘体转变。对于一个较厚的SrVO $_3$层，我们发现一个连续的过渡的结构和电子性质跨越两种材料之间的界面，与本体属性重建的长度尺度上的2-3个单元电池远离界面。我们表明，沿生长方向施加的应变调制可以导致在化学对称界面的不对称电荷重建。然而，我们发现，这种影响是相当弱的，这意味着分数占用，从而金属丰度，持续在接口。
2022-12-20 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Topological Crystalline Insulator Nanostructures
拓扑晶体绝缘体是表面态受晶体对称性而非时间反演对称性保护的拓扑绝缘体。与第一代三维拓扑绝缘体如Bi 2Se 3和Bi 2 Te 3类似，拓扑晶体绝缘体也具有具有奇异电子性质的表面态，如自旋-动量锁定和狄拉克色散。迄今为止实验验证的拓扑晶体绝缘体是SnTe、Pb 1-xSnxSe和Pb 1-xSnxTe。由于拓扑保护来自晶体对称性，因此磁性杂质或面内磁场不会在拓扑晶体绝缘体中的表面态中打开能隙。此外，因为它们是立方结构而不是层状结构，所以分支结构或与其他材料的强耦合以获得大的邻近效应是可能的，这对于层状Bi 2Se 3和Bi 2 Te 3是困难的。因此，可以追求在三维拓扑绝缘体中无法实现的附加基本现象。在这篇综述中，拓扑晶体绝缘体SnTe纳米结构将被讨论。为了比较，将覆盖基于SnTe薄膜的实验结果。拓扑晶体绝缘体的表面态性质将简要讨论。
2014-10-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Towards a unified first-principles-based description of VO$_2$ using DFT+DMFT with bond-centered orbitals
ETH Zürich（苏黎世联邦理工学院）
本文通过DFT+DMFT方法结合键中心轨道基组，研究VO₂的全结构相空间，揭示M2相中两种不同钒链的绝缘态及其相变机制，阐明T相的电子特性及畸变对Mott绝缘态的影响。
2026-03-27 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Massive Dirac surface states in topological insulator/magnetic insulator heterostructures
拓扑绝缘体是一种新的物质状态，具有体隙和由时间反演对称性保护的鲁棒无隙表面态。当时间反演对称性破缺时，系统的表面态会产生能隙，从而引起系统对电磁场的拓扑响应--拓扑磁电效应。本文研究了由拓扑绝缘体和磁性绝缘体构成的异质结构中拓扑表面态的行为。几个兼容的磁性结构和拓扑绝缘体${\rm Bi_2Se_3}, {\rm Bi_2Se_3}, {\rm Sb_2Te_3}$的晶格匹配相对较好的磁性绝缘体被确定，最好的候选材料被发现是MnSe，一个反铁磁绝缘体。我们对${\rm Bi_2Se_3/MnSe}$超晶格进行了第一性原理计算，得到了表面态能带结构。与MnSe的磁交换耦合在表面态引起$\sim$ 54 meV的间隙。此外，我们还通过调节Mn离子与TI表面的距离来研究交换耦合的距离依赖性。
2012-08-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Actinide Topological Insulator Materials with Strong Interaction
拓扑带绝缘体最近被发现在自旋轨道耦合的二维和三维系统。在这项工作中，我们从理论上预测了一类拓扑莫特绝缘体的相互作用的影响起主导作用。在锕系元素中，由钚和钚形成的简单岩盐化合物位于金属到绝缘体转变的边界上。我们表明，相互作用驱动的量子相变的拓扑莫特绝缘体阶段与一个单一的狄拉克锥的表面上。
2011-11-04 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Topological Kondo Insulators
近藤绝缘体是一种特别简单的重电子材料，其中重准粒子的填充带产生窄带绝缘体。从Anderson晶格哈密顿量出发，我们对近藤绝缘体的涌现能带结构进行了拓扑分类，并表明这些材料可能具有三维拓扑绝缘相。本文提出了一个计算各种晶格结构的Z_2强、弱拓扑绝缘体指数的通用实用公式。拓扑近藤绝缘行为的实验意义进行了讨论。
2009-12-18 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Spin- and angle-resolved photoemission on the topological Kondo Insulator candidate: SmB6
拓扑近藤绝缘体是一类新型的拓扑绝缘体，其中金属表面态在低温下被拓扑不变量保护在体带隙中。与其他三维拓扑绝缘体不同，拓扑近藤绝缘体中的多体效应保证了真正绝缘的体态，这对于下一代电子器件中的潜在应用至关重要。此外，该系统具有很强的电子相关性，可以作为相互作用拓扑理论的实验平台。这篇专题综述主要介绍了SmB6的最新研究进展，SmB6是拓扑近藤绝缘体的最有希望的候选者，从自旋和角度分辨光电子能谱的角度出发，重点介绍了一些重要的输运结果。
2016-07-11 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Axion Insulator State in a Ferromagnet/Topological Insulator/Antiferromagnet Heterostructure
我们建议使用铁磁绝缘体MnBi_2Se_4/Bi_2Se_3/反铁磁绝缘体Mn_2Bi_2Se_5异质结构来实现轴子绝缘体态。重要的是，这种异质结构中的轴子绝缘体状态仅取决于铁磁绝缘体的磁化强度，因此可以在宽范围的外部磁场中观察到。使用密度泛函计算和模型哈密顿模拟，我们发现，顶部和底部表面有相反的半量子霍尔电导，与一个相当大的全球自旋间隙为5.1毫电子伏开放的拓扑表面状态的Bi 2Se 3。我们的工作提供了一个新的策略，通过使用范德瓦尔斯反铁磁绝缘体以及三维拓扑绝缘体的轴子绝缘体的搜索。
2018-10-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Magnetically Controllable Topological Quantum Phase Transitions in Antiferromagnetic Topological Insulator MnBi$_2$Te$_4$
近年来，反铁磁拓扑绝缘体（TI）MnBi $_2$ Te $_4$的发现引发了人们对新的磁拓扑物理的探索。基于第一性原理计算，我们发现磁性取向和有序度的改变不仅显著影响了MnBi $_2$ Te $_4$中的材料对称性和轨道杂化，而且导致了新的磁性拓扑相的变化.因此，我们预测了一系列不寻常的拓扑量子相变，是磁性可控的材料，包括相变从AFM TI到AFM镜拓扑晶体绝缘体，从II型到I型拓扑Weyl半金属，从轴子绝缘体到陈绝缘体。这些发现为磁性拓扑材料的未来研究和应用开辟了新的机会。
2019-05-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Topological magnetic dipolar interaction and non-local electric magnetization control in topological insulator heterostructures
在拓扑绝缘体中预测的磁电效应使得结合磁性材料和这种绝缘体的异质结构成为自旋电子学应用的有希望的候选者。在这里，我们从理论上考虑的设置，表现出两个良好分离的界面之间的拓扑绝缘体和铁磁绝缘体。我们发现，有一个拓扑磁偶极-偶极相互作用源于长程库仑相互作用。我们解析推导出在两个接口的磁化动力学，并讨论如何可以应用到非本地的远程耦合诱导形成的磁性纹理在一个接口通过适当的门控其他接口。
2016-07-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Induced spin texture in semiconductor/topological insulator heterostructures
我们发现，半导体薄膜可以获得一个非平凡的自旋织构由于邻近效应诱导的拓扑绝缘体。该效应源于与拓扑表面态的耦合，即使绝缘体被掺杂也存在。我们提出了一种半导体/拓扑绝缘体异质结构作为一种设备，允许测量界面特性和探测未补偿样品的表面状态。我们还发现，拓扑绝缘体表面模式可以显着拓宽和移动的存在下，金属接触。
2011-08-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Mott Physics on Helical Edges of 2D Topological Insulators
我们研究了自旋轨道相互作用对蜂窝晶格上拓扑绝缘体电子关联的影响。精确的变分Monte Carlo计算表明，增加现场库仑相互作用导致的螺旋边缘金属态的电荷Drude重量的强烈抑制，导致一个假定的莫特过渡从传统的拓扑绝缘体的边缘莫特绝缘体过渡到大块反铁磁绝缘体。中间体拓扑和边缘Mott绝缘体相具有受保护的时间反转对称性的螺旋自旋液体特征。
2010-12-13 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Distinct topological crystalline phases in models for the strongly correlated topological insulator SmB6
最近提出SmB 6既是强拓扑绝缘体又是拓扑晶体绝缘体。对于这个和相关的立方拓扑Kondo绝缘体，我们证明了四个不同的拓扑相位的存在，区别于镜像陈数的符号。我们用简单的可观测量来描述这些阶段，并为每个阶段提供具体的紧束缚模型。根据SmB 6的理论和实验结果，我们认为它实现了C^+_{k_z=0}=+2，C^+_{k_z=pi}=+1，C^+_{k_x=k_y}=-1的相位，并提出了相应的极小模型。
2015-05-13 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Minimal model for higher-order topological insulators and phosphorene
高阶拓扑绝缘体是传统拓扑绝缘体的一种扩展概念，属于一类特殊的拓扑绝缘体，传统的体-边界对应关系不适用于此。体拓扑指数可以由位于晶体的高对称点处的Wannier中心来描述。本文提出了二维二阶拓扑绝缘体和三维三阶拓扑绝缘体的极小模型。它们是具有两个不同跳变参数的各向异性双带模型。二维模型被认为是捕获的费米能级附近的磷烯的基本物理。由于在纳米带中没有拓扑边缘态，它迄今为止被认为是一种平凡的绝缘体。然而，我们证明了零维拓扑边界状态的出现，即，在纳米磁盘中。特别地，金刚石结构在两个角处表现出这样的拓扑状态，每个角携带1/2分数电荷。我们预测这些角态将在磷烯的金刚石结构中观察到。
2018-01-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Theoretical Prediction of Topological Insulators in Thallium-based III-V-VI$_2$ Ternary Chalcogenides
我们预测了一类新的三维拓扑绝缘体在铊基III-V-VI族$_2$三元硫族化合物中的存在，包括TlBiQ $_2$和TlSbQ $_2$（Q = Te，Se和S）.这些拓扑绝缘体具有坚固而简单的表面态，由$Γ$点处的单个狄拉克锥组成。利用第一性原理计算和有效场论模型阐明了拓扑绝缘行为的机理。值得注意的是，此类拓扑绝缘体TlBiTe $_2$在掺杂$p$型载流子时也是超导体。我们讨论了这种材料可能是拓扑超导体的可能性。另一种材料TlSbS $_2$在拓扑绝缘体和平凡绝缘体相之间的边界上，其中拓扑相变可以由压力驱动。
2010-02-27 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Temperature Induced Spin Density Wave in Magnetic Doped Topological Insulators
研究了掺杂等电子磁性杂质的拓扑绝缘体的磁性。结果表明，在零温度下，杂质是铁磁有序的，但当温度升高时，拓扑绝缘体在系统达到顺磁相之前经历了一级相变到自旋密度波相.这一阶段的起源是拓扑绝缘体自旋磁化率对动量的非平凡依赖。我们分析了发生在拓扑绝缘体表面的非均匀磁相位与狄拉克电子系统的耦合。
2012-07-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Molecular Beam Epitaxial Growth of Bi2Te3 and Sb2Te3 Topological Insulators on GaAs (111) Substrates: A Potential Route to Fabricate Topological Insulator p-n Junction
采用固体源分子束外延技术在GaAs（111）衬底上外延生长了高质量的Bi 2 Te 3和Sb 2 Te 3拓扑绝缘体薄膜。用反射高能电子衍射、原子力显微镜、X射线衍射和高分辨透射电子显微镜研究了它们在邻位和非邻位GaAs（111）衬底上的生长和行为。发现非邻位GaAs（111）衬底比邻位GaAs（111）衬底更能获得高质量的Bi_2Te_3和Sb_2Te_3薄膜。霍尔和磁阻测量表明，p型Sb_2Te_3和n型Bi_2Te_3拓扑绝缘体薄膜可以直接生长在GaAs（111）衬底上，这为在同一衬底上制备拓扑绝缘体pn结提供了一条途径，与现有半导体光电子器件的制备工艺相兼容。
2013-03-11 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Topological insulators from the Perspective of first-principles calculations
拓扑绝缘体是一种新的量子态，它具有螺旋形的无带隙边缘态或表面态，这些拓扑表面态对晶格畸变和非磁性杂质等弱的时间反演不变扰动具有很强的鲁棒性。近年来，各种各样的拓扑绝缘体已被理论预测和实验观测。第一性原理计算已被广泛用于预测拓扑绝缘体，并取得了巨大的成功。本文从第一性原理计算的角度综述了该领域的研究进展。首先，简要介绍了拓扑绝缘体的基本概念和第一性原理计算中常用的计算方法。其次，总结了寻找新型拓扑绝缘体的一般方法。最后，基于碲化汞的能带反转图，我们将拓扑绝缘体分为s-p、p-p和d-f三类，并讨论了每类拓扑绝缘体的典型例子。
2012-09-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Current Modulator based on Topological Insulator with Sliding Magnetic Superlattice
我们从理论上研究了表面覆盖有滑动磁性超晶格的拓扑绝缘体。通过分析含时Dirac方程，研究了零模的动力学性质。当超晶格的滑动速度小于（大于）拓扑绝缘体的费米速度时，零模被完全（不完全）抽运。我们还提出了这种设置，整流电流或产生脉冲电流的应用。这将为基于拓扑绝缘体的电子器件提供一个原型。
2010-02-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Changes of Magnetism in a Magnetic Insulator due to Proximity to a Topological Insulator
本文报道了相邻拓扑绝缘体Bi_2Se_3薄膜中的拓扑表面态（TSS）对磁性绝缘体Y_3Fe_5O_（12）薄膜磁性的影响。铁磁共振测量结果表明，TSS在Bi2Se3产生垂直磁各向异性，结果在Y3Fe5O12的旋磁比的下降，并提高阻尼。当温度从300 K降低到50 K时，这种TSS诱导的变化变得更加明显。这些结果为磁性薄膜的磁性控制提供了一种全新的途径。
2020-06-07 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
A theory of Topological Kondo Insulators
我们研究了近藤绝缘体的属性如何改变时，考虑到潜在的晶体场多重态的对称性。我们采用安德森晶格模型，并考虑其低能物理。我们发现，在一个大类的晶体场配置，近藤绝缘体可以开发一个拓扑非平凡的基态。这种拓扑近藤绝缘体通过非物理大的自旋轨道耦合与非相互作用绝缘体电连接，因此可以被视为相互作用驱动的拓扑绝缘体。通过计算近藤绝缘体安德森晶格模型的纠缠谱，分析了该模型的纠缠熵。纠缠谱的计算结果与表面态的计算结果是一致的。最后，我们讨论了一般近藤绝缘体的最大局部化Wannier波函数的构造。
2011-11-15 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Symmetry breaking transforms strong to normal correlation and false metals to true insulators
Renewable and Sustainable Energy Institute, University of Colorado（科罗拉多大学可再生与可持续能源研究所）；Department of Physics and Engineering Physics, Tulane University（杜兰大学物理与工程物理系）
本文指出，通过允许DFT打破结构、磁或偶极对称性来降低能量，可以缓解强关联，将假金属转化为真绝缘体，从而重新审视Mott与Slater之争。
2026-11-02 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el physics.comp-ph
Intrinsic magnetic topological insulators
在拓扑绝缘体中引入磁性破坏了时间反演对称性，并且磁交换相互作用可以在原本无间隙的拓扑表面状态中打开间隙。这允许产生各种新颖的拓扑量子态，包括量子反常霍尔效应（QAHE）和轴子绝缘体态。磁性掺杂和磁性邻近被认为是探索拓扑结构和磁性之间相互作用的有用手段。然而，磁性掺杂的不均匀性导致了复杂的磁有序和小的交换能隙，因此所观察到的QAHE仅在超低温下出现。因此，内禀磁性拓扑绝缘体对于提高QAHE的工作温度和进一步研究拓扑量子现象具有重要意义。这些系统的实现和表征对于基础物理学和潜在的技术革命都至关重要。综述了近年来内禀磁性拓扑绝缘体的研究进展，重点介绍了反铁磁拓扑绝缘体MnBi 2 Te 4及其系列材料。
2021-02-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Gapless Dirac surface states in the antiferromagnetic topological insulator MnBi2Te4
我们使用高分辨率，可调角分辨光电子能谱（ARPES）和密度泛函理论（DFT）计算研究的MnBi2Te4，被预测为第一个本征反铁磁（AFM）拓扑绝缘体的材料的单晶的电子性质。我们观察到体和表面带的电子光谱，在合理的协议与DFT计算结果。与先前文献中显示的沿（0001）方向的两个表面带流形之间的完全带隙开口形成鲜明对比，我们观察到在AFM转变（TN = 24 K）期间，MnBi2Te4中的无带隙狄拉克锥仍然受到保护。我们的数据还揭示了存在第二狄拉克锥更接近费米能级，预测的能带结构计算。虽然表面狄拉克锥似乎对原子力显微镜的有序性非常不敏感，但我们确实观察到了TN下方形成的体带的分裂。具有适度高的有序温度，MnBi2Te4为研究拓扑结构和磁有序之间的相互作用提供了一个独特的平台。
2019-07-22 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
High-order topological insulators from high-dimensional Chern insulators
拓扑绝缘体是一种新的物质状态，它们有一个共同的功能：：它们的光谱带与非局部整数值指数相关，通常通过量子化的体现象和鲁棒的边界效应来表现。在这项工作中，我们证明了使用降维，高阶拓扑绝缘体的后代从一个手性半金属在更高的维度。具体来说，我们分析了祖先四维陈省身绝缘体的限制，它成为手征和二维二阶拓扑绝缘体的关系。相应地，量子化的电荷积累在角落的2D后代获得和相关的拓扑指数-第一和第二陈数-的祖先模型。我们的方法提供了高阶拓扑绝缘体和拓扑泵的边界状态之间的连接-后者是高维陈省身绝缘体的动态实现。
2019-11-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Higher-order topological insulators and semimetals on the breathing Kagome and pyrochlore lattices
$d$维中的二阶拓扑绝缘体是没有$d-1$维拓扑边界态但具有$d-2$维拓扑边界态的绝缘体。它是传统拓扑绝缘体概念的扩展。高阶拓扑绝缘体已经在正方形和立方晶格中进行了研究。在本文中，我们推广到呼吸Kagome和烧绿石晶格。首先，我们在呼吸Kagome晶格上构造了一个二阶拓扑绝缘体。三个拓扑边界状态出现在三角形的角上，在每个角上实现1/3的分数电荷。其次，我们在呼吸烧绿石晶格上构造了一个三阶拓扑绝缘体。四面体的四个角上出现四个拓扑边界态，每个角上有1/4分数电荷。这些高阶拓扑绝缘体的特征是量子化的极化，它构成了体拓扑指数。最后，我们研究了一个二阶拓扑半金属通过堆叠呼吸Kagome晶格。
2018-01-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
