Tunable Weyl fermions and Fermi arcs in magnetized topological crystalline insulators
基于$k\cdot p$分析和实际紧束缚计算，我们发现磁性掺杂（Mn，Eu，Cr等）的Weyl半金属可以实现时间反转破缺。Sn $_{1-x}$ Pb $_x$（Te，Se）类拓扑晶体绝缘体。所有的外尔点在动量空间中分离得很好，并且由于高度的晶体对称性而具有几乎相同的能量。此外，外尔点和费米弧都可以通过改变Pb/Sn成分、压力、磁化强度、温度、表面电势等来高度调谐，开启了操纵外尔点和重新连接费米弧的可能性。
2016-04-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Fermi Arcs in Tilted Weyl Semimetals: Classification, Evolution and Transport Properties
Weyl半金属是拓扑半金属的一种新的量子态，它具有拓扑表面态--费米弧。本文将外尔半金属中的费米弧分为第一类和第二类。基于紧束缚模型，利用体外尔锥的倾斜强度研究了1/2类费米弧的演化和输运性质。拓扑表面态的（剩余）反常霍尔电导率是一类费米弧的物理结果，因此一类费米弧成为混合或II型Weyl半金属的非平凡拓扑性质。因此，本文的工作为了解Weyl半金属的拓扑性质提供了一种直观的方法.
2017-11-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Transport signatures of Fermi arcs at twin boundaries in Weyl materials
外尔费米子最显著的特征之一是它们的表面费米弧。不太为人所知的是，费米弧也可以定位在内部孪晶边界，在那里两个相反手性的外尔材料相遇。在这项工作中，我们推导出这些“内部费米弧的拓扑结构和连通性的约束。“我们证明了内部费米弧可以表现出传输特征，并提出了两个探测器：量子振荡和量化的手性磁流。我们提出半面体孪晶B20材料作为候选人主机内部费米弧，通过模型和从头计算验证。我们的理论研究揭示了拓扑特征，并激发了实验研究到有趣的物理内部费米弧。
2022-07-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Fermi arcs around magnetic domain walls in a compensated ferrimagnetic Weyl semimetal Ti$_2$MnAl
本研究针对补偿亚铁磁外尔半金属Ti$_2$MnAl，通过有效紧束缚模型分析发现其磁畴壁诱导的费米弧源于外尔点位置移动与陈数，是不依赖畴壁宽度的拓扑鲁棒态。
2025-03-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Surface Luttinger arcs in Weyl semimetals
外尔半金属的表面有一个著名的奇异拓扑金属，它包含开放的费米弧而不是封闭的费米表面。在这项工作中，我们表明，表面也被赋予了一个功能，通常与强相互作用的系统，即，Luttinger弧，定义为零的电子格林函数。当外尔节点未掺杂时，Luttinger弧连接相反手征的外尔节点的表面投影，并与费米弧形成闭合回路。在掺杂时，费米弧和Luttinger弧的端部分离，并且中间区域被体费米表面的表面投影填充。值得注意的是，与强相互作用系统中的卢廷格轮廓不同，卢廷格弧的精确形状可以通过去除表面层来实验确定。我们利用这一原理绘制了Co $_{3}$ Sn $_{2}$ S $_{2}$中Co和Sn终端的Luttinger弧。费米弧和Luttinger弧包围的面积近似等于弱耦合系统中的表面粒子密度，而校正由层间耦合和费米-Luttinger环的周长决定。
2022-05-13 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
A semiclassical approach to surface Fermi arcs in Weyl semimetals
我们提出了一个半经典的解释外尔半金属的表面费米弧的形态。将表面态看作是一个二维的费米气体，同时考虑能带弯曲和Berry曲率，我们证明了正是速度和动量之间的不平行性导致了费米弧的螺旋结构.我们映射出费米弧的速度场为一个单一的外尔点和一个晶格的两个外尔点。我们还研究了磁场中Dirac半金属的表面磁等离子体，发现漂移运动、手征磁效应和Imbert-Fedorov位移都参与了表面费米弧的形成。我们的工作不仅为研究表面费米弧提供了一个有意义的视角和一种寻找表面色散的实用方法，而且为用半经典方法研究拓扑半金属表面态的其他物理性质，如输运性质和轨道磁化强度铺平了道路。
2022-07-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Observation of Weyl nodes and Fermi arcs in TaP
外尔半金属具有自旋极化带交叉，称为外尔节点，由拓扑表面弧连接。在交叉点附近的低能激发态表现出与无质量外尔费米子相同的行为，导致手征反常等奇异性质。为了使输运性质由外尔费米子主导，外尔节点需要位于化学势附近，并被费米陈数非零的费米面对包围。结合角分辨光电子能谱和第一性原理计算，我们证明了TaP是一种只含有单一Weyl费米子的Weyl半金属，与TaAs的两种Weyl费米子对低能物理性质的贡献不同. TaP中的简单Weyl费米子不仅具有重要的意义，而且具有很大的应用潜力。费米弧上的Ta-终止表面上观察到，这出现在一个不同的模式，从在TaAs和NbAs的As-终止。
2016-03-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Topological surface Fermi arcs in the magnetic Weyl semimetal Co$_3$Sn$_2$S$_2$
最近，半金属化合物Co $_3$ Sn $_2$ S $_2$被预测为磁性WSM，其外尔点仅高于费米能级（$E_F$）60 meV。由于低的电荷载流子密度和大的Berry曲率，Co $_3$ Sn $_2$ S $_2$同时具有大的反常霍尔电导率（AHC）和大的反常霍尔角（AHA），这为Co $_3$ Sn $_2$ S $_2$中存在外尔点提供了强有力的证据。本文从理论上研究了Co $_3$ Sn $_2$ S $_2$及其对应物Co $_3$ Sn $_2$ Se $_2$的表面拓扑结构。通过在弱Sn-S/Se键处裂解样品，可以获得分别以Sn和S/Se原子终止的两个不同表面。所得的费米弧相关状态的范围可以从外尔点的能量到Sn-终止表面中的$E_F$ -0.1 eV。因此，应该有可能在角度分辨光电子能谱（ARPES）测量中观察到费米弧。此外，为了模拟扫描隧道显微镜（STM）测量中的准粒子干涉（QPI），我们还计算了两端的联合态密度（JDOS）。这一工作将有助于全面理解这两种磁性WSM的拓扑性质以及进一步的ARPES和STM测量。
2021-12-23 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
Dynamical density and spin response of Fermi arcs and their consequences for Weyl semimetals
外尔半金属具有奇异的费米弧表面态，这对它们的电磁性质有很大的影响。我们推导出解析表达式的复合密度自旋响应张量的所有组件的表面状态的Weyl半金属模型通过关闭带隙的拓扑绝缘状态，并引入一个时间反演的破缺项。在此基础上，我们讨论了密度-自旋响应引起的电磁极化率、电流响应以及其它物理效应。我们发现一个磁电效应所造成的费米弧。我们还讨论了在无规相位近似下电子-电子相互作用的影响，并研究了费米弧态形成的表面等离子体的色散。我们的工作对于理解费米弧的电磁和光学性质是有用的。
2020-04-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Unoccupied electronic structure and signatures of topological Fermi arcs in the Weyl semimetal candidate Mo$_x$W$_{1-x}$Te$_2$
外尔半金属引发了强烈的研究兴趣，但实验工作仅限于TaAs家族的化合物。最近，许多理论工作预测Mo $_x$ W $_{1-x}$ Te $_2$系列化合物是Weyl半金属。这种提议特别令人兴奋，因为Mo $_x$ W $_{1-x}$ Te $_2$具有非常适合于许多输运实验的准二维晶体结构，而WTe $_2$和MoTe $_2$已经是用于器件应用的许多提议的主题。然而，利用现有的ARPES技术，证明Mo $_x$ W $_{1-x}$ Te $_2$中的Weyl半金属具有挑战性。结果表明，体系的外尔点在费米能级以上，随着掺杂的增加，体系接近两个临界点，存在许多无关的体能带，费米弧几乎与体能带简并，体带隙很小.在这里，我们研究Mo $_x$ W $_{1-x}$ Te $_2$为$x = 0.07$和0.45使用泵探测ARPES。该系统表现出了戏剧性的响应泵浦激光，我们成功地访问状态$> 0.2$ eV以上的费米能级。首次在Mo $_x$ W $_{1-x}$ Te $_2$中观察到直接的费米弧的实验特征，与表面态的理论计算结果吻合得很好.然而，我们要提醒的是，这些功能的解释敏感地依赖于自由参数的表面状态计算。我们评论的前景，最终证明外尔半金属钼$_x$ W $_{1-x}$ Te $_2$。
2015-12-30 cond-mat.mtrl-sci
Floquet-Engineering Weyl Points and Linked Fermi Arcs from Straight Nodal Lines
Sun Yat-sen University（中山大学）
本研究通过Floquet工程将直线节点线转化为Weyl点，并诱导出连接的费米弧，揭示了拓扑半金属的新相。
2026-02-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Large Fermi Arcs in Unconventional Weyl Semimetal RhSi
拓扑半金属中手征费米子的理论提出导致了实验实现的重大努力。特别是，手征半金属的费米表面携带量子化的陈数，使它们成为观察奇异输运和光学现象的有吸引力的平台。虽然凝聚态中手征费米子最简单的例子是传统的$|C|=1$ Weyl费米子，但最近的理论工作提出了许多超越标准模型的非传统手征费米子，它们受到拓扑结构和晶体对称性的独特组合的保护。然而，迄今为止，用于实验探测这些非常规费米子的传输和响应特征的材料候选人仍然难以捉摸。在本文中，我们提出了RhSi家族的空间群（SG）$\#$ 198作为理想的平台，实验检查的非常规手征费米子。我们发现RhSi是一种填充增强的半金属，在费米面附近有一个手性的双六重简并自旋1的Weyl结在$R$，而在$Γ$有一个以前未表征的四重简并手性费米子.每个非常规费米子在费米能级上显示陈数$\pm4$。我们还表明，RhSi显示最大可能的补偿手征费米子的动量分离，最大的拓扑非平凡的能量窗口，和最长的费米弧在其表面上。最后，我们提出了一个异国情调的散装光电流响应RhSi的签名。
2017-11-27 cond-mat.mtrl-sci
Observation of Large Topologically Trivial Fermi-Arcs in the Candidate Type-II Weyl Semimetal WTe2
我们报告角分辨光电子能谱实验解决不同的电子结构的不等价的顶部和底部（001）表面的WTe2。在这两个表面上，我们确定了一个表面状态，形成一个大的费米弧出现的散装电子口袋。使用表面电子结构计算，我们表明，这些费米弧是拓扑平凡的，它们的存在是独立的存在下，在散装能带结构的II型Weyl点。这意味着，仅观察表面费米弧不允许识别WTe 2作为拓扑外尔半金属。我们进一步使用的两个不同的表面的识别，以澄清费米面片的数量在WTe 2。
2016-09-12 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Entanglement Signature of Hinge Arcs, Fermi Arcs, and Crystalline Symmetry Protection in Higher-Order Weyl Semimetals
纠缠谱（ES）中$1/2$模的存在已被证明是物质的带隙拓扑相的边界态的强有力的量子信息签名，例如，拓扑绝缘体和拓扑超导体，其中有限的体隙允许我们在$1/2$模式和边界状态之间建立清晰的对应关系。在这里，我们研究了最近提出的高阶外尔半金属（HOWSM），其中散装支持无间隙高阶外尔节点和边界支持铰链弧和费米弧。我们发现，明确识别高阶边界态的目标最终促使我们充分利用纠缠汉密尔顿量的本征量：ES以及施密特矢量（纠缠波函数，缩写。EWF）。我们证明，虽然铰链弧和费米弧有助于$1/2$模式，对应于铰链弧和费米弧的EWF分别位于虚拟铰链和表面的分区。此外，我们还可以通过各种不同的破缺配分来确定保护边界态的最小晶体对称性。因此，对于HOWSM等无带隙拓扑相，我们可以结合ES和EWF来普遍识别边界状态和潜在的对称性要求。虽然HOWSM是无间隙相位的典型例子，但我们的工作揭示了物质无间隙拓扑相位中纠缠签名的一般理论。
2022-05-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Quasiparticle interference of the Fermi arcs and surface-bulk connectivity of a Weyl semimetal
外尔半金属主机拓扑保护的表面状态，与弧形费米表面轮廓，预计通过散装传播时，其动量匹配的散装的外尔节点的表面投影。我们使用光谱映射与扫描隧道显微镜可视化准粒子的散射和干扰外尔半金属钽砷表面。我们的测量揭示了10个不同的散射波矢量，这可以理解和精确地再现与理论，考虑到费米弧表面状态的形状，自旋纹理和动量相关的传播到散装。我们的研究结果提供的证据表明，外尔节点作为这些材料的表面上的电子输运的水槽。
2016-03-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Observation of Fermi arcs and Weyl nodes in a non-centrosymmetric magnetic Weyl semimetal
本研究通过ARPES和第一性原理计算确认CeAlSi为新型非中心对称磁性外尔半金属，观察到表面费米弧和体态外尔锥，并发现费米能级附近的Ce 4f能带，为研究拓扑、磁性与电子关联相互作用提供了独特平台。
2023-05-20 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
Quantum Oscillations from Surface Fermi-Arcs in Weyl and Dirac Semi-Metals
外尔半金属的表面态由不连续的费米弧组成。这种不寻常的表面费米学提供了大量Weyl相的拓扑特征的指纹。使用半经典和数值方法相结合，我们表明，与天真的期望，有封闭的磁轨道涉及开放的表面费米弧。在取决于样品厚度的临界场强以下，这些轨道在磁场中产生态密度的周期性量子振荡，从而能够对非常规费米弧表面态进行各种实验探测。这些轨道对于再现有限平板中的体手征异常也是必不可少的。这些结果，然后扩展到密切相关的和最近发现的3D狄拉克SM材料，包括Cd3As2和Na3Bi，这是Weyl半金属晶体对称性保护的双重副本。尽管保护晶体对称性被表面破坏，我们表明狄拉克材料仍然可以拥有非常规的表面态，这可以在量子振荡实验中检测到。
2014-02-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Controllable Weyl nodes and Fermi arcs in a light-irradiated carbon allotrope
结合第一性原理、Wannier 紧束缚与 Floquet 方法，研究线偏振光下 fco-C6 的 Weyl 物理，实现光强对 Weyl 节点和 Fermi 弧位置的精确控制。
2023-08-21 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Topological Charges, Fermi Arcs, and Surface States of $K_4$ Crystal
Kwansei Gakuin University（关西学院大学）；Osaka University（大阪大学）；National Institute for Materials Science (NIMS)（国立材料研究所）
研究$K_4$晶体的拓扑电子性质，揭示其作为无自旋韦尔半金属的特性，通过紧束缚模型发现多种韦尔节点及其手性，并观测到连接不同手性节点的费米弧。
2026-01-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Searching for topological Fermi arcs via quasiparticle interference on a type-II Weyl semimetal MoTe$_2$
外尔半金属显示了一种新的拓扑相的物质，其中外尔节点出现在对相反的手征，可以被看作是一个源或一个汇的贝里曲率。外尔半金属中的奇异效应，如表面费米弧和手征反常，使其成为探索新功能的新天地。进一步开发其潜在的应用需要清楚地了解其拓扑电子性质，如外尔点和费米弧。利用傅里叶变换扫描隧道光谱（FT-STS）研究了第二类Weyl半金属候选物MoTe $_2$，其Weyl点位于费米能级以上.虽然它的费米能级以下的电子结构已被确定的角度分辨光电子能谱（ARPES），通过比较我们的实验数据与第一性原理计算，我们能够确定在低于和高于费米能级的能量的多个散射通道的起源。我们的计算还表明，存在平凡和拓扑弧状状态以上的费米能量。在FT-STS实验中，我们已经观察到强烈的信号，从弧内散射，以及从类弧表面状态和投影体状态之间的散射。我们的实验观察和计算结果之间的详细比较表明，平凡和非平凡的散射通道是很难区分在这种化合物。有趣的是，我们发现破缺的反转对称性改变了两个不等价表面上的终止态，这反过来又改变了在两个表面上的FT-STS图像中观察到的散射通道的相对强度。
2018-07-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Observation of surface Fermi arcs in altermagnetic Weyl semimetal CrSb
本文利用ARPES和第一性原理计算研究室温交变磁体CrSb的电子结构，在动量空间观测到能带自旋劈裂，并在(100)表面发现源自体态拓扑的表面费米弧，证明CrSb兼具室温交变磁性与非平庸外尔拓扑物理。
2024-07-18 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Distinct evolutions of Weyl fermion quasiparticles and Fermi arcs with bulk band topology in Weyl semimetals
外尔半金属相是最近发现的一种拓扑量子态，其特征在于在费米能级附近存在拓扑保护简并。这些简并是奇异现象的来源，包括在体中实现手征外尔费米子作为准粒子和在表面形成费米弧态。在这里，我们表明，这两个关键的签名显示不同的演变与散装带拓扑结构进行角分辨光电子能谱，支持第一性原理计算，过渡金属单磷化物。虽然外尔费米子准粒子只存在于化学势位于外尔锥特征的两个鞍点之间时，但费米弧态在更大的能量尺度上延伸，并且在与包含一个外尔点的两个非平凡费米表面重组成包含两个相反手征的外尔点的单个平凡费米表面相关的体Lifshitz跃迁中是鲁棒的。因此，在某些系统（如NbP）中，拓扑费米弧状态被保存，即使外尔费米子准粒子在体中不存在。我们的研究结果不仅提供了深入了解的奇异物理现象和Weyl半金属的本征体能带拓扑结构之间的关系，但也解决了明显的困惑，观察到不同的磁输运性质的TaAs，TaP和NbP，费米弧状态是相似的。
2017-02-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Expansive Open Fermi Arcs and Connectivity Changes Induced by Infrared Phonons in ZrTe5
覆盖大部分表面布里渊区（SBZ）的膨胀开费米弧对于许多拓扑现象的检测和控制是期望的，但到目前为止仅报道了Kramers-Weyl点，或非常规手性费米子，钉扎在手性材料中的时间反转不变动量。利用第一性原理能带结构计算，我们发现在BZ中心附近的手征度为+1/-1的常规Weyl点，在（001）面上投影时，也可以形成跨越SBZ边界的扩展开放费米弧，占据SBZ的大部分.我们揭示了这种膨胀的开放费米弧是从拓扑表面态演化而来的，这些拓扑表面态连接了拓扑绝缘体相的（001）表面上的多个表面狄拉克点，而没有晶格畸变。此外，我们发现，诱导开放费米弧的连通性可以改变的晶格畸变的大小，这种红外声子模式。因此，我们建议，使用相干光学声子调制晶格参数可以提供诱导新的拓扑特征，包括扩展开放费米弧和动态控制费米弧连接在ZrTe 5。
2020-12-03 cond-mat.mtrl-sci
Symmetry-Protected Topological Triangular Weyl Complex
外尔点通常被认为是成对出现的，具有相反的手性。在这项工作中，我们通过第一性原理计算和对称性分析表明，具有线性色散的单Weyl声子和具有二次色散的双Weyl声子同时存在于具有三角或六角晶格的实际材料中的两个特定的声子分支之间。由于螺旋旋转对称性，这些声子Weyl点保证位于高对称点，形成独特的三角形Weyl复合体。与传统的外尔系统表面弧终止于一对手征相反的外尔点的投影形成鲜明对比，非传统三角形外尔复合体的声子表面弧连接一个双外尔点和两个单外尔点的投影。重要的是，源自三角形Weyl复合物的声子表面弧非常长，并且跨越整个表面布里渊区。此外，只有非平凡的声子表面态的等频面，这有利于他们的检测在实验和进一步的应用。我们的工作不仅提供了有前途的三角声子Weyl复合物，而且为在声子和光子系统中探索三角Weyl玻色子提供了指导。
2020-03-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Phonon-mediated intrinsic topological superconductivity in Fermi arcs
本文提出声子可内禀介导Weyl半金属表面的拓扑超导性，发现表面超导主导并实现无手性p波配对产生Majorana束缚态，且电声子非局域耦合导致能隙抑制。
2025-09-11 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Coexistence of Fermi arcs with two dimensional gapless Dirac states
我们提出了一个物理方案，其中费米弧和二维无隙狄拉克态共存的边界模式在同一个二维表面。这种情况是实现在拓扑绝缘体-Weyl半金属界面，尽管明确的时间反演对称性破缺。基于一个启发式拓扑指数，我们预测当Weyl半金属和拓扑绝缘体的对应态出现在由Weyl节点分开的布里渊区的不连通部分和定义Weyl半金属的时间反演破缺矢量没有平行于畴壁的投影时，共存是允许的.紧束缚模型的数值模拟证实了这一点。我们进一步计算了共存界面态的光学电导率，这可以用来通过干涉实验来识别它们。
2015-03-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Sound of Fermi arcs
利用半无限外尔半金属的格林函数，我们发现在未掺杂的外尔半金属中费米弧的集体电荷激发是线性色散的无带隙等离激元模。这种无间隙来自于对费米弧末端表面态深入外尔半金属内部的适当考虑。具有扩展费米面的{ \it纯二维}电子系统的线性色散（而不是平方根色散）是由费米弧本身引入的强各向异性引起的，由于费米弧本身的各向异性，该系统中的表面粒子-空穴激发的连续谱将与一维电子系统具有很强的相似性。这将费米弧电子液体置于1D和2D电子液体之间。污染与粒子空穴激发的散装引起的费米弧声音的阻尼。
2019-05-29 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
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
Weyl node assisted conductivity switch in interfacial phase change memory with van der Waals interfaces
界面相变存储器GeTe/Sb_2Te_3是下一代非易失性随机存储器的理想材料，具有良好的拓扑特性。根据GeTe块的原子层堆叠顺序，iPCM可以处于SET（Ge-Te-Ge-Te）或SET（Te-Ge-Ge-Te）状态，其中前者表现出比SET状态大两个数量级的铁电极化和电导率。但是，它的起源仍然难以捉摸。在这里，我们预测出现的Weyl半金属相的SET状态引起的铁电极化，打破了晶体反转对称性。我们发现，巨大的导电性增强的SET相是由于出现的无隙外尔节点。外尔半金属iPCM的Ge-Te-或Sb-Te-终端表面产生具有完全不同拓扑结构的表面态，其中前者仅由费米弧组成，而后者由封闭费米面和开放费米弧组成。具有范德华界面的iPCM为未来的存储器件应用提供了一个理想的平台，以利用奇异的外尔特性。
2017-02-18 cond-mat.mtrl-sci
Controllable Weyl Nodes and Fermi Arcs from Floquet Engineering Triple Fermions
研究圆偏振光照射下三重费米子的演化，通过第一性原理计算和Floquet定理证明WC型TiO及其类似物可实现向可控Weyl半金属相的转变。
2024-09-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
A First-principles Study of Weyl Nodal Loop and Multiple Sets of Weyl Points in Trigonal PtBi$_2$
Ames National Laboratory（艾姆斯国家实验室）；Iowa State University（爱荷华州立大学）
本研究通过首原理计算揭示了三角PtBi₂中Weyl节点环和多组Weyl点的结构特征，发现其稳定性与Bi层弯曲度密切相关，并预测了高能费米弧特征。
2026-10-05 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Field-Effect Transistor based on Surface Negative Refraction in Weyl Nanowires
外尔半金属的特征在于它们的体外尔点-携带拓扑电荷的锥形带接触点-以及材料表面上外尔点之间的费米弧状态。近年来，外尔半金属物理性质的研究取得了重大进展。然而，潜在的应用仍然相对稀少。在这里，我们提出外尔半金属纳米线作为场效应晶体管，称为WEYLFET。具体地，沿着纳米线施加梯度栅极电压，产生有效地倾斜开放表面的电场，从而改变不同表面上的费米弧之间的相对取向。因此，相邻表面之间可以发生完全负折射，并且抑制了沿导线的纵向电导。WEYLFET提供高开/关比和低功耗。由于色散费米弧和表面无序的不利影响进行了研究。
2019-08-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Experimental realization of type-II Weyl state in non-centrosymmetric TaIrTe$_4$
最近在凝聚态系统中寻找基本粒子类似物的突破导致了3D狄拉克和Weyl半金属的实验实现。外尔态可以由非中心对称或磁性材料承载，并且可以是第一或第二类型。一些非中心对称材料被认为是II型外尔半金属，但在所有这些材料中，多个外尔点投影之间的费米弧要么没有被直接观察到，要么很难与平凡的表面态区分开来，这严重阻碍了这些材料的实际应用。在这里，我们提出了实验证据的II型非中心对称Weyl态TaIrTe $_4$在那里它已经从理论上预测。我们发现ARPES光谱和计算的电子结构之间的直接对应关系，在体和表面，并清楚地观察到奇异的表面状态，支持准一维费米弧连接只有四个外尔点。值得注意的是，这些电子态在沿着弧的方向上是自旋极化的，从而突出了TaIrTe $_4$作为一种具有应用潜力的新型材料。
2016-09-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
3D quantum Hall effect of Fermi arcs in topological semimetals
量子霍尔效应通常在二维系统中观察到。我们证明了费米弧可以在拓扑半金属中产生独特的三维量子霍尔效应。由于拓扑约束，单个表面处的费米弧具有开放的费米表面，其不能承载量子霍尔效应。通过外尔节点辅助的“虫洞”隧穿，相对表面的费米弧可以形成完整的费米环，并支持量子霍尔效应。费米弧的边缘态显示出独特的三维分布，给出了（d-2）维边界态的一个例子。这与单表面拓扑绝缘体的表面态量子霍尔效应明显不同。当费米能扫过外尔节点时，片霍尔电导率从1/B依赖性演化到外尔节点处的量子化平台。这种行为可以通过调谐拓扑半金属板（例如TaAs族、Cd $_3$ As $_2$或Na $_3$ Bi）中的栅极电压来实现。这项工作不仅对寻找费米弧的输运特征，而且对探索其他拓扑相物质中的新型电子气具有指导意义。
2017-10-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Topological Weyl phase transition in Mo$_x$W$_{1-x}$Te$_2$
物质的拓扑相表现出不同拓扑类之间的相变。这些相变是奇异的，因为它们不属于传统的金斯堡-朗道范式，而是与体积拓扑不变量和相关的拓扑表面状态的变化相关联。在外尔半金属的情况下，这种相变是特别不寻常的，因为它涉及到大量手征电荷的产生和拓扑费米弧的成核。在这里，我们形象的拓扑相变的Weyl半金属钼$_x$ W $_{1-x}$ Te $_2$与变化的组成$x$。利用泵浦-探测超快角分辨光电子能谱（pump-probe ultrafast angle-resolved photoemission spectroscopy，ARPES），我们直接观察到了拓扑费米弧在$x_c \sim 7\%$上的成核过程，显示了拓扑外尔相变的临界点。对于Mo掺杂的$x < x_c$，我们没有观察到费米弧，而对于$x > x_c$，费米弧随着体外尔点的分离而逐渐延伸。我们的结果首次证明了在动量空间中磁单极子的产生。我们的工作开辟了操纵手征电荷和拓扑费米弧外尔半金属的传输实验和设备的应用。
2016-12-22 cond-mat.mtrl-sci
Magnetic Weyl Semimetal Phase in a Kagome Crystal
外尔半金属是一种晶体固体，它含有相对论性外尔费米子，并且在其电子结构中具有特征性的表面费米弧。具有破缺时间反转对称性的外尔半金属很难明确地识别。在这项工作中，使用角分辨光电子能谱，我们可视化的铁磁晶体Co3Sn2S2的电子结构，并发现其特征的表面费米弧和线性体带分散在Weyl点。这些结果确立了Co3Sn2S2作为磁性Weyl半金属，可以作为实现诸如手征磁效应、异常大的反常霍尔效应和量子反常霍尔效应等现象的平台。
2019-09-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Experimental discovery of Weyl semimetal TaAs
外尔半金属是一类可以被视为石墨烯破坏时间反转或反转对称的三维类似物的材料。外尔半金属中的电子表现为外尔费米子，它具有许多奇异的性质，如手征反常和晶体动量空间中的磁单极。外尔半金属的表面态在两个相对的表面上显示出一对纠缠的费米弧。然而，外尔半金属的存在尚未得到实验证明。在这里，我们报告的实验实现的Weyl半金属TaAs通过观察费米弧形成的表面状态，使用角分辨光电子能谱。我们的第一性原理计算，匹配非常好的实验结果，进一步证实了TaAs是外尔半金属。
2015-08-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Topological Weyl semimetals in the chiral antiferromagnetic materials Mn3Ge and Mn3Sn
最近的实验表明，Mn3Sn和Mn3Ge在室温下表现出强烈的反常霍尔效应，激发我们探索它们的电子结构的拓扑性质。通过从头算能带结构计算，我们观察到在Mn 3Ge和Mn 3Sn中存在多个Weyl点和相应的表面费米弧，预测了反铁磁Weyl半金属.在这里，Kagome型晶格结构中的手征反铁磁性对于确定Weyl点的位置和数目是必不可少的。我们的工作进一步揭示了一个新的指导原则，寻找磁性Weyl半金属材料中表现出强烈的反常霍尔效应。
2016-08-17 cond-mat.mtrl-sci
Noncentrosymmetric two-dimensional Weyl semimetals in porous Si/Ge structures
本研究预测了多孔Ge和SiGe结构中的非中心对称二维Weyl半金属，其具有屈曲结构并自发破缺反演对称性，受C3对称保护，呈现边缘费米弧，完善了Weyl半金属家族。
2024-01-15 cond-mat.mtrl-sci
Higher-order Weyl Semimetals
我们研究高阶外尔半金属（HOWSMs）有大量外尔节点连接到表面和铰链费米弧。我们发现了一种新的Weyl节点，我们称之为$2nd$阶Weyl节点，它可以被认为是动量空间中的一个跃迁，其中陈数和高阶拓扑不变量都发生了变化。作为概念的证明，我们使用堆叠的高阶四极绝缘体的模型来识别三种类型的WSM相：$1st$阶、$2nd$阶和混合阶。该模型还可以实现II型和混合倾斜WSM与各种表面和铰链弧。此外，我们表明，在磁通量的存在下的电荷密度的测量可以帮助识别某些类的$2nd$顺序WSM。值得注意的是，我们发现，耦合一个$2nd$阶Weyl相位与传统的$1st$阶一个可以导致一个混合阶拓扑绝缘体具有共存的表面锥和平铰链弧是独立的，而不是相互连接。最后，我们表明，周期性的驱动可以用来作为一种方式产生HOWSM。我们的结果与超材料以及Cd $_3$ As $_2$、KMgBi和金红石结构PtO $_2$的各个相相关，这些相已被预测将实现更高阶的狄拉克半金属。
2020-07-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Observation of the Type-II Weyl Semimetal Phase in MoTe2
拓扑外尔半金属（TWS）是量子物质的一种新态，近年来引起了人们极大的研究兴趣. TWS具有独特的外尔费米子和表面的费米弧，为实现许多奇异的物理现象提供了一个难得的平台。TWS可以分为I型和II型，I型尊重洛伦兹对称性，II型不尊重洛伦兹对称性。在这里，我们直接可视化的电子结构的MoTe2，最近提出的II型TWS。使用角分辨光电子能谱（ARPES），我们解开了独特的表面费米弧，与我们的从头计算很好的协议。从自旋分辨的ARPES测量，我们证明了表面费米弧的非简并自旋织构，从而证明了它们的非平凡拓扑性质。我们的工作不仅导致在这个家庭的化合物中发现的不寻常的属性的新的理解，但也允许进一步探索的异国情调的属性和实际应用的类型II的TWS，以及超导性（MoTe 2被发现是超导最近）和它们的拓扑顺序之间的相互作用。
2016-04-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Vortex end Majorana zero modes in superconducting Dirac and Weyl semimetals
三维空间中的时间反演不变量狄拉克和外尔半金属可以在其表面形成开放的费米弧和自旋-动量锁定费米环。我们发现，当它们以$s$波对超导化且掺杂低于临界水平时，终止于费米弧或自旋-动量锁定费米环表面的直$π$磁通涡旋线可以实现一维拓扑超导，并在其末端具有Majorana零模。值得注意的是，我们发现，涡旋产生相关的塞曼场可以打开（当表面只有费米弧）或增强的拓扑间隙保护马约拉纳零模式，这是相反的情况下，在超导拓扑绝缘体。通过研究体Dirac锥和Weyl锥的倾斜效应，我们进一步发现，I型Dirac锥和Weyl锥一般具有比II型Dirac锥和Weyl锥宽得多的拓扑区域。我们的研究结果建立了TRI狄拉克和外尔半金属和马约拉纳零模式的旋涡之间的连接。
2020-07-04 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.quant-gas cond-mat.str-el
Strongly Ideal Robust Weyl Semimetals in Cubic Symmetry with Spatial-Inversion Breaking
我们表明，在一个家庭中，具有时间反演对称性和共享一个非中心对称的立方结构与空间群F-43米（第216号）主机强大的理想外尔半金属费米子与理想的拓扑保护功能的化合物。这个家族中的候选者是具有不同化学式AB2、ABC、ABC2和ABCD的化合物，并且它们的费米能级主要由非平凡的外尔费米子填充。系统的对称性要求具有相反手征性的外尔节点在动量空间中很好地分离。相邻的外尔点具有相同的手征性，因此这些外尔节点相对于晶格微扰不会相互湮灭。由于费米弧和表面态连接具有相反手征的外尔节点，后者在动量空间中的大分离保证了非常长的弧和表面态的出现。这项工作表明，使用系统对称性的第一性原理计算作为一个强大的配方发现新的外尔半金属有吸引力的功能，其保护的费米子可能是许多应用的候选人。
2017-05-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Greens function of semi-infinite Weyl semimetals
我们将Weyl材料的所有可能的边界条件（BC）分为两类：（i）混合自旋投影但不改变手性属性的BC，以及（ii）混合手性的BC。所有的BC参数化的角度变量，可以被视为自旋或手征之间的混合角。使用格林函数方法，我们表明，这两个BC忠实地再现费米弧。这些参数最终由费米弧的方向确定。我们建立在我们的分类，并表明，在背景磁场的存在下，只有第二种类型的BC产生非平凡的朗道轨道。
2018-07-03 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el hep-th
MoTe2: A Type-II Weyl Topological Metal
基于从头计算，我们表明，MoTe 2，在其低温正交结构的特征在于在100 K的X射线衍射研究，实现4个II型Weyl点之间的第N和N+1-th带，其中N是每单位电池的价电子总数。由于复杂的拓扑能带结构，其他WP和不同其他能带之间的节线也出现在费米能级附近。我们预测了一系列的应变驱动的拓扑相变在这种化合物，打开了广泛的可能的实验实现不同的拓扑半金属相。至关重要的是，在没有应变的情况下，这种材料中可观察到的表面费米弧的数量是2 -与时间反演对称性一致的最小弧数。
2016-07-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Observation of Weyl nodes in robust type-II Weyl semimetal WP2
不同于由Weyl方程描述的I型Weyl半金属（WSM），II型WSM中的准粒子的能量色散违反洛伦兹不变性，并且动量空间中的Weyl锥是倾斜的。自从有人提出第二类外尔费米子可以从（W，Mo）Te 2和（W，Mo）P2族材料中产生以来，大量的实验致力于揭示第二类外尔费米子的可能表现形式，例如表面态费米弧。然而，对实验结果的解释是非常有争议的。在这里，使用角分辨光电子能谱支持的第一性原理计算，我们探测的倾斜Weyl锥带的体电子结构的WP 2直接，这是在费米弧的起源在表面和输运性质相关的手征异常在类型II WSM。我们的研究结果表明，由于自旋-轨道耦合，Weyl节点起源于WP 2晶体对称性引起的4重简并带交叉点的分裂，其Chern数为C = $\pm$ 2，这在所有已发现的WSM中是唯一的。我们的发现也提供了一个指导方针，观察手征异常，可能体现在新的输运性质。
2019-04-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Three-component fermions with surface Fermi arcs in topological semimetal tungsten carbide
拓扑Dirac和Weyl半金属不仅具有类似于高能物理中的基本费米粒子的准粒子，而且具有非平凡的带拓扑，表现为表面上的奇异费米弧。最新的进展提出了新型的拓扑半金属，其中空间对称性保护了无隙电子激发，而没有高能量的类比。在这里，我们观察到三重简并节点（TP）附近的费米能级的WC，其中的低能量准粒子被描述为不同于狄拉克和外尔费米子的三分量费米子。我们进一步观察到表面态的恒定能量轮廓是连接表面投影的费米弧对，证明了新发现的半金属态的非平凡拓扑结构。
2017-06-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
New classes of chiral topological nodes with non-contractible surface Fermi arcs in CoSi
在凝聚态系统中，手征拓扑节点是动量空间中携带非零陈数的鲁棒带交叉点。手征性表现为表面费米弧的存在，连接具有相反陈数的节点的投影。除了众所周知的外尔节点之外，理论家还提出了凝聚态系统中其他几种类型的手征拓扑节点，但仍然缺乏它们存在的直接实验证据。利用角分辨光电子能谱，我们在CoSi费米能级附近的能带交叉点上发现了两种新的手性节点，即自旋1节点和电荷2狄拉克节点，它们在（001）面上的投影由拓扑保护的表面费米弧连接.由于CoSi中的这些手性节点通过晶体对称性在布里渊区（BZ）的中心和拐角处被强制执行，因此连接它们的投影的表面费米弧形成穿过整个（001）表面BZ的不可收缩路径，这与具有小间隔的Weyl节点对形成鲜明对比。我们的工作标志着第一次实验观察到的手征拓扑节点以外的Weyl节点在体和表面上的凝聚态系统。
2019-01-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electronic properties of the Weyl semimetals Co$_2$MnX (X=Si, Ge, Sn)
利用第一性原理电子结构计算，我们发现铁磁Heusler化合物Co $_2$ MnX（X= Si，Ge，Sn）具有非平凡的拓扑特征，属于Weyl半金属范畴.这些材料在费米能级附近表现出两个拓扑有趣的能带交叉。这些带交叉在布里渊区中具有复杂的3D几何形状，并且其特征在于由垂直镜像平面保护的非平凡拓扑结构如霍普夫链路和链状节线。自旋-轨道相互作用将这些节线分裂成几个零维外尔带交叉。与先前已知的拓扑非平凡的赫斯勒材料不同，这些多数自旋带交叉位于少数自旋带的带隙中，可能有助于其实验实现。
2021-11-28 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Discovery of Dirac Node Arcs in PtSn4
在拓扑量子材料中，导带和价带在动量空间中以点（狄拉克/外尔半金属）或直线（线节点半金属）连接。大量的研究表明，一些材料确实是狄拉克/外尔半金属。然而，仍然没有实验证实具有线节点的材料，其中狄拉克节点在动量空间中形成闭合回路。在这里，我们报告的发现一种新的拓扑结构-狄拉克节点弧-在磁致电阻材料PtSn 4使用基于激光的角度分辨光电子能谱（ARPES）数据和密度泛函理论（DFT）计算。与线节点的闭环不同，狄拉克节点弧结构类似于石墨烯中的狄拉克色散，其在动量空间中沿一维延伸并由两端的带隙限制。我们认为，这种狄拉克节点弧结构是一种新的拓扑状态，为研究狄拉克费米子的奇异性质提供了一个新的平台。
2016-03-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Observation of a phononic higher-order Weyl semimetal
外尔半金属是一种特殊的系统，其中的奇异现象，如费米弧，伪规范场和量子异常，是由晶体固体中的电子和光子声子的超材料的拓扑带简并引起的。另一方面，高阶拓扑绝缘体揭示了超越传统体边对应的有趣的多维拓扑物理。然而，尚不清楚高阶拓扑是否可以出现在外尔半金属中。在这里，我们报告的实验发现高阶外尔半金属在其声子模拟表现出拓扑保护的边界状态在多个维度。我们在单轴螺旋对称的手征声子晶体中建立了高阶外尔半金属的物理实现。利用近场光谱，我们观察到了表面上的手征费米弧和铰链边界上的一种新的铰链弧态。这些拓扑边界弧态连接了外尔点在不同维度和方向上的投影，从而证明了外尔半金属中的高阶多维拓扑物理。我们的研究建立了晶体材料中高阶拓扑和Weyl物理之间的基本联系，并揭示了高阶拓扑半金属的新视野，其中可能出现前所未有的材料，如高阶拓扑半金属线。
2020-11-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Optical interface states protected by synthetic Weyl points
外尔费米子在自然界中还没有被发现为基本粒子，但它们在电子和经典波晶体的能带结构中作为节点出现。新的现象，如费米弧和手征异常，激发了人们对这些拓扑点的兴趣，这些拓扑点通常被视为动量空间中的单极子。在这里，我们报告的实验观察到的广义光学外尔点的参数空间内的光子晶体与一个特殊设计的四层单元。截断光子晶体表面的反射由于合成的Weyl点而呈现出相位涡旋，这反过来又保证了光子晶体与任何反射衬底之间的界面态的存在。在我们的实验中首次证实了反射相涡旋，它是广义外尔点的实验特征。这些界面态的存在受到Weyl点的拓扑性质的保护，它们在参数空间中的运动轨迹类似于动量空间中的Weyl半金属“费米弧表面态”。从界面态的起源到参数空间的拓扑特征，为合理设计强局域态和增强局域场铺平了道路。
2017-08-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
