Topological quantum chemistry
过去十年在预测和实验发现不同类别的拓扑绝缘体（TI）和半金属方面取得的明显成功掩盖了一个根本性的缺点：在材料数据库中现存的20万种化学计量化合物中，只有几百种是拓扑非平凡的。TI是如此深奥，还是反映了当前寻找TI的零碎方法的一个根本问题？为了解决这个问题，我们提出了一个新的和完整的电子能带理论，突出拓扑结构和局部化学键之间的联系，并结合传统的电子能带理论。拓扑量子化学是对所有可能的能带结构和材料的普遍全局性质的描述，包括动量空间的图论描述和实空间中的对偶群理论描述。我们分类可能的能带结构的所有230个晶体对称群产生的本地原子轨道，并显示拓扑非平凡的。我们展示了我们的拓扑带理论如何揭示新的光已知的TI，并展示了我们的方法来预测过多的新TI的力量。
2017-07-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Engineering Fragile Topology in Photonic Crystals: Topological Quantum Chemistry of Light
近年来，电子拓扑晶体和光子拓扑晶体的并行研究取得了迅速的进展。拓扑光子晶体特别显示出在宏观尺度上相干传输光和量子信息的前景。本文首次将拓扑量子化学理论应用于光子晶体能带结构的研究。这种方法使我们能够设计和诊断拓扑光子能带结构只用群论和线性代数。作为一个例子，我们专注于一个家庭的晶体形成的椭圆杆在三角形晶格。我们证明了布里渊区中布洛赫态的对称性可以决定描述带群的局域光子波包的位置。通过改变晶体结构和反转能带，我们展示了这些波包的中心如何在晶胞中的不同位置之间移动。最后，我们表明，对于介质棒的形状，存在孤立的拓扑带，不承认一个良好的本地化的描述，代表第一个物理实例的“脆弱”的拓扑结构在一个真正的非相互作用的系统。我们的工作证明了光子晶体是未来脆弱拓扑带实验研究的天然平台。
2019-10-14 cond-mat.mes-hall physics.optics
There's Plenty of Surface at the Bottom: Surface Chemistry Enhances Light Absorption by Colloidal Semiconductor Nanocrystals
费曼的说法被用来强调表面和界面在纳米尺度上的内在相关性。在这里，胶体无机半导体纳米晶体的光吸收的表面化学的显着影响进行了讨论和演示一般。胶体金属硫族化合物量子点（QD）表面的化学物种（配体）被证明可以诱导宽带吸收增强和带隙减小。一个全面的库的硫族醇（ate）配体被利用来推断表面化学对量子点的光吸收性能的作用：配体硫族键合原子主要决定带隙减少，与np占据轨道贡献的价带边缘，并介导宽带吸收增强，促进共轭的配体侧基，进一步贡献从电子供体取代基。这些发现指向描述的胶体量子点，可以设想配位体作为整体量子点电子结构的一部分，超出了常见的模型，从类比与核心/壳异质结构描绘配位体作为仅仅扰动的核心属性。
2018-12-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Building Blocks of Topological Quantum Chemistry: Elementary Band Representations
由局部自由度描述的化学轨道和在动量空间中定义的能带理论之间的联系，是由扎克在几十年前在他的“基本”能带表示理论中提出的，适用于有和没有时间反演的无自旋系统。在Nature 547，298-305（2017）中，我们将该理论推广到具有时间反演对称性的自旋轨道耦合系统的实验相关情况，并证明了所有不变换为带表示的带都是拓扑的。在这里，我们给出了这个建筑的全部细节。我们证明，基本的频带表示连接的布里渊区的频带，并描述本地化的Wannier轨道尊重对称性的晶格（包括时间反演时，适用），或者，如果断开，描述拓扑绝缘体。然后，我们将展示如何从一个特定的Wyckoff位置生成一个带表示，并确定哪些Wyckoff位置生成所有空间群的基本带表示。这个理论适用于所有维度的自旋和无自旋系统，无论是否有时间逆转。我们引入了同伦的概念等价，并表明它的结果在一个更精细的分类拓扑相位比仅基于波函数的对称性在布里渊区的特殊点的方法。利用我们在Nature 547，298-305（2017）中介绍的带连接性到图论问题的映射，我们在同伴论文中展示了Wyckoff位置可以生成断开的基本带表示，为系统的材料搜索提供了一个自然的途径。
2018-01-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Interacting Topological Quantum Chemistry in 2D: Many-body Real Space Invariants
本文将实空间不变量推广到二维相互作用体系，构造多体局域与全局RSIs，用于区分多体脆弱拓扑和识别强关联稳定拓扑相，并揭示其与Wen-Zee项量子化系数的关系。
2024-02-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Topological Raman Band in Carbon Nanohorn
拉曼光谱已被用于化学和物理学研究涉及光和声子（晶格振动的量子）的基本过程。碳纳米角为拉曼光谱学引入了一个新的课题，即拓扑学。我们从理论上证明了具有非零缠绕数的光激发载流子通过Aharonov-Bohm效应激活拓扑$D$拉曼带。拓扑诱导的$D$拉曼带可以通过其峰位置与石墨烯边缘的普通$D$拉曼带区分开。
2013-04-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Hybridization of topological surface states with a flat band
我们解决拓扑表面态和非拓扑平坦体带之间的杂交问题。我们的模型，是一个三维Bernevig-Hughes-Zhang和二维pseudospin-1哈密顿量的混合物，允许明确的处理拓扑表面状态的演变，通过不断改变的反向带和一个额外的“寄生”在散装的平带之间的杂交。我们表明，与导带边缘下方的平带的杂交将初始的类狄拉克表面态转化为平带下方和上方的分支。我们的研究结果明确地表明，拓扑表面态的上支是由Dyakonov-Khaetskii表面态形成的，自20世纪80年代以来，已知的碲化汞。此外，我们还研究了狄拉克半金属的表面态的演化以及当平带穿过导带时费米弧的产生。
2019-12-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Manipulation of Topological States and Bulk Band Gap Using Natural Heterostructures of a Topological Insulator
我们对（PbSe）5（Bi_2Se_3）_3 m进行了角分辨光电子能谱研究，该材料形成了由拓扑绝缘体（TI）和普通绝缘体组成的天然多层异质结构.对于m = 2，我们观察到一个带隙的Dirac-cone状态的体带隙内，这表明拓扑界面态被有效地封装块层;此外，有人发现，量子限制效应的Bi 2Se 3层的带色散的有效体带隙提高到0.5 eV，有史以来最大的TI中观察到的。此外，我们发现系统在m = 1时不再处于拓扑相，指向在m = 1和2之间的拓扑相变。这些结果表明，利用自然发生的异质结构是一个新的有前途的战略，实现奇异的量子现象和器件应用的TI。
2012-06-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Topological band gap in intercalated epitaxial graphene
石墨烯的功能化调控是一个重要的基础研究和实际应用课题。在这项研究中，我们表明，5 $d$过渡金属在SiC上的外延石墨烯的嵌入是一种很有前途的方法，实现拓扑非平凡的阶段与有限的带隙的石墨烯。利用基于密度泛函理论的第一性原理计算，我们证明了Re和Ta插层石墨烯成为二维拓扑绝缘体，分别呈现线性Dirac锥和二次带，并具有拓扑带隙.拓扑态的出现归因于插层剂强的自旋-轨道耦合强度。我们发现，拓扑边缘状态存在于有限的体带隙内，根据体边界对应。我们还讨论了由于反转对称性破缺和自旋轨道耦合引起的能带结构的自旋分裂。我们的研究结果表明，插层石墨烯是一种有效的和可行的方法来操纵石墨烯的带隙和拓扑特性。这种插层石墨烯系统对于自旋电子学和量子计算应用有潜在用途。
2019-03-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Plethora of Coexisting Topological Band Degeneracies in Nonsymmorphic Molecular Crystal OsOF$_5$
在固体的能带理论中，简并以点、线、面的形式出现。自从认识到物质的无隙拓扑量子相以来，带简并的拓扑性质最近得到了重视。基于第一性原理计算，我们报道了卤氧化锇OsOF $_5$中的拓扑半金属相，它具有零维Weyl点、一维节线和二维节面.半金属相由电子填充约束保证，而各种维度的能带简并由非对称晶体对称性保护。针对跨越费米能级的两个节点环，我们证明了$π$ Berry相对它们的拓扑保护，并描述了由非平凡的$\mathbb{Z}_2$指数拓扑连接的鼓面表面态。我们的预测突出OsOF $_5$作为一种独特的拓扑材料，其中丰富的各种拓扑简并存在于一个狭窄的能量范围内接近费米能级，由于这种材料的分子晶体结构。
2018-08-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Non-necessity of band inversion process in 2D topological insulators for bulk gapless states and topological phase transitions
在通常采用的2D拓扑绝缘体模型中，众所周知，体无带隙态形成在能带反转点处，在该点处，态的简并性受到对称性的保护。因此，有时很容易考虑这种特性，即无隙态的出现，是在对称性保护下的能带反转过程的结果。类似地，带反转过程甚至可能被认为是诱导2D拓扑相变所必需的。为了澄清这些误导的观点，我们提出了一个简单的模型与灵活的陈数来证明，散装无带隙状态出现在拓扑相变的相边界，尽管没有带反转过程。此外，体无间隙状态不需要出现在由对称性保护的特殊$k$点处。鉴于这些基本的\textit{conceptual}问题的重要性及其广泛的影响，我们的澄清应该产生强烈的普遍利益和重大影响。此外，我们的一般模型的简单性和灵活性与任意陈数应证明有用的广泛的未来研究的拓扑状态的物质。
2017-10-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Transversality-Enforced Tight-Binding Models for 3D Photonic Crystals aided by Topological Quantum Chemistry
本文利用拓扑量子化学和辅助模式克服三维光子晶体中 Maxwell 横波条件对 Wannier 基组构建的阻碍，提出横波条件强制紧束缚模型，首次系统解析模拟整个 Brillouin 区最低横模的光子能带。
2025-07-20 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
First-Principles Analysis of Molecular Conduction Using Quantum Chemistry Software
我们提出了一个严格的和计算效率高的方法来做一个无参数的分析分子导线连接到接触。自洽场的方法是加上非平衡格林函数（NEGF）形式主义来描述电子输运下施加的偏压。使用标准量子化学软件来使用密度泛函理论（DFT）计算自洽场。与标准量子化学软件的这种紧密耦合不仅使程序易于实现，而且使I-V特性与分子化学之间的关系更加明显。我们使用我们的方法，通过连接到金（111）接触的分子线传输的两个极端的例子之间进行插值：带传导在金属（金）纳米线，和共振传导通过拓宽，quasisepresive水平的苯基二硫醇分子。我们得到了几个感兴趣的量，如I-V特性，电子密度和沿分子的电压降。
2002-06-27 cond-mat.mes-hall
Fragile topologically flat band in the checkerboard antiferromagnetic monolayer FeSe
通过第一性原理计算和磁拓扑量子化学，我们证明了棋盘形反铁磁（AFM）单层FeSe中的低能物理，它非常接近于AFM拓扑绝缘体，具有强大的边缘态，可以被费米能级以下的双简并脆弱的拓扑平坦带很好地捕获。威尔逊圈计算确定，这种脆弱的拓扑结构是由$S_{4z}$对称性，这引起了AFM高阶拓扑绝缘体，支持与分数电荷$e/2$在样品角的束缚态的保护。这是首次报道的$S_{4z}$保护的脆性拓扑材料，为研究磁性脆性拓扑电子态的有趣性质提供了一个新的平台。在我们的工作中，也可以很好地理解以前的观察棋盘原子力显微镜单层FeSe的边缘态和束缚态。
2022-02-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Topological Insulators beyond Energy Band Characterization
物质的拓扑相通常由系统能带的拓扑性质来表征。它们在保持对称性下的跃迁是通过关闭能带间隙而发生的，从而导致拓扑相中能谱中的拓扑保护边缘态。在这里，我们预测了一个新的拓扑相，出现通过关闭的能带结构的带隙，而不是通过关闭一个能隙保持对称性。从这个角度来看，拓扑相位可能是由与它们的能隙闭合和相应的边缘状态相关联的“能带的能带”的拓扑性质引起的。我们证明了这一点，通过研究紧绑定模型。我们发现，由能带构成的Wannier带表现出与缠绕数的变化相关的能隙闭合，而能带保持带隙和平凡，没有任何零能量模式。此外，拓扑Wannier带引起量子化的边缘极化。由于这种拓扑相的出现并不涉及任何能隙闭合，我们预计它的出现在幺正时间演化下。事实上，这个阶段出现在我们执行淬火动力学。我们的研究开辟了一个新的方向，探索超越传统的能带表征拓扑相位。
2020-04-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.quant-gas
First-order quantum phase transition in three-dimensional topological band insulators
物质的拓扑状态的特征在于全局拓扑不变量，其在拓扑量子相变中改变其值。通常认为，只要系统的对称性保持不变，费米子的拓扑上不同的非相互作用带隙相位之间的转变必然伴随着带隙的关闭。我们表明，这样的量子相变是可能的，而不关闭的情况下的三维拓扑带绝缘体的间隙。我们证明了这一点，通过计算的自由能的极小模型的拓扑绝缘体，Bernevig-Hughes-Zhang模型，并表明，随着带曲率不断变化，带隙最小值对应的拓扑平凡和非平凡绝缘体之间的跳跃发生。因此，这种一阶相变是三维拓扑带绝缘体的一般特征。对于一定的参数范围内，我们预测的重入拓扑相变。我们讨论了我们的研究结果与最近的实验观察到的拓扑晶体绝缘体的拓扑相变在一个家庭的不连续。
2016-12-09 cond-mat.mes-hall
Ideal Topological Flat Bands in Two-dimensional Moiré Heterostructures with Type-II Band Alignment
The Pennsylvania State University（宾夕法尼亚州立大学）；Northeastern University（东北大学）；University of Washington（华盛顿大学）；Princeton University（普林斯顿大学）；Donostia International Physics Center（圣塞巴斯蒂安国际物理中心）；IKERBASQUE, Basque Foundation for Science（伊克拉巴斯基克，巴斯克科学基金会）
本文提出了一种在具有II带对齐的二维莫尔异质结构中实现理想拓扑平板带的设计方法，通过调控能量间隙实现零带宽和理想量子几何。
2026-02-02 cond-mat.mes-hall
A phase diagram for band inversion of topological materials as a function of interactions between two involved bands
基于第一性原理计算，我们预测了石墨烯衍生物$g$ $_3$上的Bi是一个能隙为50 meV的拓扑绝缘体，其中石墨烯的$3\times 3$晶胞中有4个C原子被3个N原子取代.借助于最大局域化的Wannier函数，我们发现可以通过考察两个带之间的一对相互作用参数来确定带反转带隙。相应地，作为相互作用的函数的拓扑材料的能带反转的相图被获得。这一结论也适用于Sb、Ir和Rh在$g$ $_{14}$ N $_3$上的情况.这些材料无论是绝缘体还是半金属都是拓扑非平凡的，表明$g$ $_{14}$ N $_3$是构思拓扑材料的良好平台。
2015-09-28 cond-mat.mes-hall
The topological system with a twisting edge band: position-dependent Hall resistance
研究了具有一个扭曲边态带和一个正常边态带的$ν=1$拓扑系统。对于扭曲边态带，费米能量通过带三次，因此，在样品的一侧有三个边态;而正常边带在样品的另一侧只贡献一个边态。在这样的系统中，我们表明，它包括拓扑保护和不受保护的边缘状态，因此，它的霍尔电阻取决于霍尔测量的位置，即使是一个非线性不变的系统。这种独特的性质在正常的拓扑绝缘体中是不存在的。
2012-04-11 cond-mat.mes-hall
Topological numbers of quantum superpositions of topologically non-trivial bands
在这篇文章中，我们解决的定义和值的拓扑数的流形的波函数-带获得的量子叠加的波函数属于拓扑不同的流形。这个问题，虽然本质上很简单，但可以用一个悖论来表述：量子叠加似乎意味着非整数拓扑数。我们表明，结果是不同的叠加动态创建的，并通过固定混合的流形。对于动力学叠加，我们发现与拓扑数有关的可观测量确实是非整数的。对于静态叠加，所得到的带具有整数拓扑数。我们说明了如何避免交叉的拓扑不同的子带的数量量化恢复。交叉导致带之间拓扑数的交换。我们认为复杂的相图由此产生，并显示三重临界点和丰富的四重临界点，这是罕见的热力学相图的情况下。我们说明了这些功能考虑双层Halfton模型。
2019-07-12 cond-mat.mes-hall
Higher-order topological band structures
材料的能带结构中的拓扑和对称性的相互作用可导致晶体边界上不同维度的拓扑状态的各种图案。这些“高阶”边界状态的保护来自拓扑学，并受到对称性的约束。我们回顾了拓扑晶体能带结构的体-边界对应关系，它将体能带结构的拓扑结构与边界态的模式联系起来。此外，还讨论了拓扑晶体能带结构的K理论分类的最新进展。
2020-08-19 cond-mat.mes-hall
Topological phase transition in a narrow bandgap semiconductor nanolayer
本文证明在垂直电场作用下可在窄带隙半导体纳米层中实现拓扑相变，基于全带结构计算揭示了电场诱导的带反转与 $\mathbb{Z}_{2}$ 不变量变化，并给出了层厚度与电场强度空间的相图及实现大拓扑带隙的最佳条件。
2023-10-26 cond-mat.mes-hall
Topological bands in the PdSe$_2$ pentagonal monolayer
本研究从拓扑能带理论出发，结合第一性原理计算等方法揭示单层五边形PdSe2的低导带具有受对称性保护的拓扑非平庸性，并得到自旋霍尔电导率等相关物理响应。
2023-05-08 cond-mat.mes-hall
Chern numbers of topological phonon band crossing determined with inelastic neutron scattering
能带结构中的拓扑不变量，如陈数，对于拓扑物质的分类至关重要，并决定了奇异性质的发生，但它们的直接光谱测定主要限于电子能带。在这里，我们使用非弹性中子散射结合从头计算，以确定各种拓扑声子带交叉MnSi和CoSi单晶。我们发现一个带交叉节点的陈数和节点周围的动量空间中的散射强度调制之间的一个明显的关系。给出足够高的分辨率，我们的方法可以用来确定任意大的拓扑声子带交叉节点的陈数。
2022-07-25 cond-mat.mes-hall
Topological Band Theory for Non-Hermitian Hamiltonians
我们发展的拓扑能带理论所描述的非厄米哈密顿，其能量谱一般是复杂的系统。在将带隙能带结构的概念推广到非厄米特的情况下，我们通过明确地找到它们的拓扑不变量来对一维和二维的“带隙”能带进行分类。我们发现非平凡的推广的陈数在两个层面上，和一个新的分类在一维，其拓扑结构是由能量色散，而不是能量本征态。然后，我们研究了体-边对应和二维拓扑相变。不同于厄米的情况下，过渡一般涉及一个扩展的中间阶段与复杂的能带简并在孤立的“例外点”的动量空间。我们还系统地分类了所有类型的带简并。
2017-08-22 cond-mat.mes-hall
Floquet-Engineered Topological Flat Bands in Irradiated Twisted Bilayer Graphene
我们提出了一种可调谐的光学装置，在圆偏振光下在扭曲双层石墨烯中设计拓扑非平凡的平坦带。使用分析和数值计算，我们表明，近平带可以在小扭转角附近的静态系统的魔角工程。这些带之间的平坦度和间隙可以通过改变激光频率和振幅进行光学调谐。我们研究了层间跳跃变化对Floquet平带的影响，发现晶格弛豫有利于它们的形成。此外，我们发现，一旦形成，平坦带进行非零陈数。我们表明，在目前已知的参数值，这样的拓扑平坦带可以实现使用圆偏振紫外激光。因此，我们的工作开辟了在莫尔超晶格中创建光学可调的、强相关的电子拓扑相位的道路。
2020-12-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Colloquium: Topological Band Theory
第一性原理能带理论范式不仅在发现新的拓扑有趣的材料类别的过程中，而且在识别拓扑状态的显着特征，使理论和实验之间的直接和尖锐的对抗过程中发挥了关键作用。我们开始这一审查讨论的基础上的拓扑能带理论，这基本上涉及到一层的分析和解释，以评估拓扑性质的能带结构超出标准能带理论的建设。拓扑不变量的评价方法划定，包括晶体没有反转对称性和相互作用的系统。在何种程度上理论预测的拓扑状态的属性和保护已被实验验证的讨论，包括拓扑晶体绝缘体，无序/相互作用驱动的拓扑绝缘体（TI），拓扑超导体，Weyl半金属相，拓扑相变的工作。概述了新材料发现过程的成功策略。目前预测的2D和3D拓扑材料的全面调查。这包括二元，三元和四元化合物，过渡金属和f-电子材料，Weyl和3D Dirac半金属，复合氧化物，有机金属，方钴矿和反钙钛矿。此外，还包括各种元素及其合金的石墨烯之外的2D原子薄膜、功能薄膜、多层系统和3D TI的超薄膜的新兴领域，所有这些都具有令人兴奋的广泛应用前景。最后，我们给出了一个研究方向的角度，进一步的工作将广泛受益的拓扑材料领域。
2016-03-11 cond-mat.mes-hall
Topological Bloch Bands in Graphene Superlattices
我们概述了一种方法，赋予一个普通的香草材料的拓扑性质，通过创建拓扑带堆叠明显非拓扑原子薄材料。该方法示出了一个模型系统，包括石墨烯堆叠顶部六方氮化硼。在这种情况下，电子布洛赫带的Berry曲率对堆叠配置高度敏感。结果表明，电子拓扑结构可以通过晶轴取向来控制，为拓扑材料的设计提供了一条可行的途径。Berry曲率通过谷霍尔效应和长程不带电谷电流在输运中表现出来。由这种电流介导的非局部电响应提供了对带拓扑的诊断。
2015-06-03 cond-mat.mes-hall
Band topology in classical waves: Wilson-loop approach to topological numbers and fragile topology
拓扑光子学和声学的迅速发展要求人们对经典波的能带拓扑有准确的理解，而这在许多情况下还没有实现。在这里，我们提出了威尔逊圈方法的精确数值计算的拓扑不变量的几个光子/声波晶体。我们证明了这些拓扑光子/声波晶体是拓扑晶体绝缘体与脆弱的拓扑结构，在以前的研究中被忽略的功能。我们进一步讨论了这些系统中的体边对应，重点是对称性破缺的边缘。
2019-08-19 cond-mat.mes-hall
Band engineering of Dirac surface states in topological insulators-based van der Waals heterostructures
三维拓扑绝缘体（TI）的体能带的非平凡拓扑性质保证了其Dirac表面能带的存在，而表面能带的色散主要由表面附近的环境决定.在这封信中，通过在原位角分辨光电子能谱（ARPES）和第一性原理计算的三维TI基范德华异质结构，我们证明，可以工程的表面能带结构的三维TI的表面修饰，而不破坏其拓扑非平凡的属性。该结果提供了一种独立控制3D TI的表面和体电子结构的方法，并为电子和自旋电子学目的的人工拓扑材料的设计提供了启示。
2015-09-23 cond-mat.mes-hall
Self-organized pseudo-graphene on grain boundaries in topological band insulators
半金属的特点是节点能带结构，产生奇异的电子特性。狄拉克半金属的稳定性，如二维（2D）的石墨烯，需要晶格对称性的存在，而类似于拓扑带绝缘体的表面状态，三维（3D）的Weyl半金属受到带拓扑的保护。在这里，我们表明，在大部分的拓扑带绝缘体，自组织拓扑保护的半金属可以出现沿晶界，一个无处不在的扩展晶格缺陷在任何晶体材料。除了实验上可获得的电子输运测量之外，这些状态在2D中表现出影响边缘自旋输运的谷异常，而在3D中，它们表现为可以表现出奇数量子霍尔效应的类石墨烯状态。这些新的半金属的一般机制-自旋模式绑定到晶界的杂交-表明拓扑半金属可以出现在任何拓扑材料中，其中晶格位错绑定局部拓扑模式。
2016-03-17 cond-mat.mes-hall
Systematic construction of topological flat-band models by molecular-orbital representation
在描述一般平带模型的“分子轨道”表示的基础上，我们提出了一种系统的方法来构造一类具有拓扑性质的有限程跳跃的平带模型.在这些模型中，拓扑性质不是编码到平坦带本身，而是编码到与平坦带接触的色散带中。这种能带结构可能成为由平坦能带、拓扑结构和相关性的组合而产生的奇异现象的来源。
2020-09-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
General Construction from Topological Loop States to Topological Invariants in Exactly Flat Bands
Beijing National Laboratory for Condensed Matter Physics and Institute of Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院物理研究所）；University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）；New Cornerstone Science Laboratory（新 cornerstone 科学实验室）
本文提出新的拓扑条件，通过使不同方向的环状态线性相关，消除带接触点的奇点，从而获得具有非平凡拓扑不变量的拓扑-拓扑平带。
2026-09-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Unconventional Topological Insulators from Extended Topological Band Degeneracies
实现拓扑绝缘体的一个普遍而美丽的图景是，狄拉克模型的质量项具有包围一个狄拉克点的节面。我们表明，这个几何图片的基础上狄拉克点可以推广到扩展带退化与非平凡的拓扑电荷。由于非平凡的拓扑荷迫使扩展带简并成对地产生或湮灭，当质量的节面包裹一个这样的扩展带简并时，所产生的带隙相必须是拓扑非平凡的，因为它不能在不关闭能隙的情况下被变形为拓扑平凡的原子绝缘体。我们使用节点线携带一个非平凡的$Z_{2}$电荷在三维来说明物理。值得注意的是，由于扩展能带简并的包裹面是不同的，我们发现这种推广可以带来非常规模式的边界态的拓扑绝缘体。
2020-05-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Topological-Fermi-Liquid to Quantum-Hall-Liquid Transitions: $p$-Band and $d$-Band Fermions in a Magnetic Field
我们发现在具有轨道内和轨道间跳跃积分的多轨道系统中，霍尔电导表现出由在位轨道极化引起的各种拓扑量子相变：整数量子霍尔（IQH）平台跃迁和拓扑费米液体到IQH跃迁.这种拓扑量子点在两个系统中得到了证明：一个是由光晶格中的超冷原子实现的$p$带无自旋费米子系统，另一个是与过渡金属及其化合物中的巨轨道霍尔效应密切相关的$d$带有自旋费米子系统.
2009-11-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.quant-gas
Seeing Topological Order and Band Inversion in Optical Diatomic Chain
近年来，凝聚态和冷原子中奇异拓扑态的发现，推动了人们对不变性拓扑序和能带反转等拓扑特性的探索。在这里，我们构建了一个一维光学双原子系统的开口环谐振腔与电磁耦合实现的拓扑功能。我们通过检测场的强度分布，实验测量了色散关系和亚格子赝自旋矢量，从而确定了体能带的伴随缠绕数作为拓扑序.在能带边缘观察到的亚晶格赝自旋矢量反转证明了能带反转。通过测量能带边缘的对称性交换，我们进一步证实了能带反转引起的拓扑相变。这些结果显示了开口环谐振器平台在实验上探索先进拓扑特性的巨大潜力，例如在更奇特的设置中的高绕组数甚至高陈数。
2018-09-13 cond-mat.mes-hall physics.optics
Pairing Obstructions in Topological Superconductors
现代对拓扑绝缘体的理解是基于位置空间中的Wannier障碍。受此启发，我们从位置空间的角度研究拓扑超导体。对于一维超导体，我们证明了单个库珀对的波函数在平凡相中以指数形式衰减，在拓扑相中以多项式形式衰减。对于位置空间的马约拉纳表示，我们表明，拓扑相位的特点是由一个非零的马约拉纳极化，它捕获了一个不可移动的和量化的分离马约拉纳瓦尼尔中心的原子位置。我们应用我们的结果诊断二阶拓扑超导相在两个维度。我们的工作为将拓扑量子化学推广到超导领域奠定了有利的基础。
2020-07-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Four-band non-Abelian topological insulator and its experimental realization
最近，越来越多的注意力集中在非阿贝尔拓扑荷上，例如四元数群Q8。不同于阿贝尔拓扑带绝缘体，这些系统涉及多个纠缠的体带隙，并支持非平凡的边缘状态，表现出非阿贝尔拓扑特征。此外，一个系统的频带数为奇数或偶数时，在非阿贝尔拓扑分类中会表现出显著的差异。到目前为止，偶带非阿贝尔拓扑绝缘体的研究还很少。在这里，我们既从理论上探索和实验上实现了一个四带PT（反转和时间反转）对称系统，其中两个新的类拓扑电荷以及边缘状态进行了全面的研究。我们说明了他们的差异，从四维旋转意义上的立体投影克利福德环面。我们展示了散装拓扑结构的演变，通过扩展到一个2D平面上的一维哈密顿，并提供相应的边缘状态分布以下的分析方法。我们的工作提出了一个详尽的研究四带非阿贝尔拓扑绝缘体，并铺平了道路，以其他甚至带系统。
2021-06-30 cond-mat.mes-hall physics.optics
Topological Invariant for Multi-Band Non-hermitian Systems with Chiral Symmetry
本文通过精确证明，将广义布里渊区替换为更广义的闭合环路，为开放边界条件下的一维多带手性对称非厄米系统定义了拓扑不变量，建立了非布洛赫体-边界对应。
2023-03-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Spin-Orbit-Induced Topological Flat Bands in Line and Split Graphs of Bipartite Lattices
拓扑平坦带，如扭曲双层石墨烯中的带，正成为研究相关物理、超导和输运等主题的有前途的平台。在这项工作中，我们介绍了一种通用的方法来构建二维（2D）拓扑准平坦带的线图和分裂图的二分格。二分格的线图或分裂图表现出一组平带和一组色散带。在一定的动量下，平带通过简并态与色散带相连。我们发现，随着自旋轨道耦合（SOC），平坦带变成准平坦的，从色散带的间隙。通过研究二分格的一系列特殊线图和分裂图，我们发现：（i）如果平带（不含SOC）具有反转或$C_2$对称性，并且是非退化的，那么所得到的准平带必定是拓扑非平凡的;（ii）如果平带（不含SOC）是退化的，那么存在一个SOC势使得所得到的准平带是拓扑非平凡的.这种通用机制作为一个范例，在二维晶体材料和超材料中寻找拓扑准平坦带。
2020-08-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Three dimensional two-band Floquet topological insulator with $Z_2$ index
提出了一类三维双带Floquet拓扑绝缘体，它是由二维Floquet拓扑绝缘体和$Z$拓扑指数构成的.结果表明，三维双带Floquet拓扑绝缘体具有一个$Z_2$拓扑指数，其值可以通过数值计算或通过使用与绕组数的关系获得。然而，三维$Z_2$ Floquet拓扑绝缘体的分类不能归因于稳定同伦群。因此，它是Floquet拓扑绝缘体的K理论分类之外的一个例子。我们还分析了三维$Z_2$ Floquet拓扑绝缘体的边模，发现边模个数的奇偶性反映了体$Z_2$指数.
2019-01-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
Topological bands and triply-degenerate points in non-Hermitian hyperbolic metamaterials
双曲型超材料是一类特殊的电磁超材料，由于其独特的性质在许多领域有着重要的应用。一个令人惊讶的特点是，即使是连续的障碍可以拥有拓扑边缘模式。然而，以前的研究基于等频面（费米面的类比）可能无法正确地捕捉整个带的拓扑结构。在这里，我们开发了一个拓扑带描述连续的阻碍，可以描述的非厄米哈密顿从麦克斯韦方程组制定。我们发现了两种类型的三维非厄米三角形简并点，具有复杂的线性色散和拓扑电荷$\pm 2$和0诱导的手征和旋磁效应。由于光子学的性质，真空带对于Hynx中的拓扑边缘态和体-边缘对应起着重要的作用。拓扑带的结果，数值证实了麦克斯韦方程组的直接模拟。我们的工作提出了一个一般的非厄米拓扑带处理连续的Hyns，铺平了道路，探索有趣的拓扑相位在光子连续和设备实现的拓扑Hyns。
2020-05-11 cond-mat.mes-hall physics.optics
Possible topological phases of bulk magnetically doped Bi2Se3: turning a topological band insulator into the Weyl semimetal
讨论了在磁掺杂拓扑带绝缘体中实现外尔半金属相的可能性。当磁矩为铁磁极化时，由于拓扑质量和磁质量的竞争，系统中存在三个相：拓扑带绝缘相、Weyl半金属相和平凡相.从拓扑绝缘体在Dirac点附近的一般连续哈密顿量出发，导出了Weyl点的低能理论，例如Bi_{2} Se_{3}在$Γ$点附近的${\bf k} \cdot {\bf p}$理论.在此基础上，我们引入金刚石晶格上的微观紧束缚模型来描述磁掺杂拓扑绝缘体，发现了Weyl半金属相。我们还讨论了外尔半金属相对反常霍尔效应的尺寸交叉。最后，我们讨论了外尔半金属相的实验情况。
2012-06-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
The topological vacuum in exceptional Brillouin zone
当非厄米哈密顿量的例外点遍布整个布里渊区时，能带系统的真空相对于粒子或空穴可以变得拓扑非平凡。本征态的合并消除了哈密顿量的几何多重性，并将剩余的能带置于拓扑背景上。我们发现了这些系统中的几个不同的现象：一个单带拓扑模型，一个双带陈氏绝缘体，其中的低频段的拓扑数不补偿的上带，拓扑保护的边界状态，更强的耗散力时，是较少的阻尼和拓扑保护的间隙扩展状态。我们的结果是由经典晶格上的振动谱给出的。主动约束是使要求严格的Hilbert子空间坍缩的关键因素。
2021-04-13 cond-mat.mes-hall quant-ph
Entropic uncertainty relations and topological-band insulator transitions in 2D gapped Dirac materials
研究了二维带隙Dirac材料与石墨烯同构的拓扑带绝缘体跃迁的不确定性关系。我们表明，相对或Kullback-Leibler熵的位置和动量空间，和标准的方差为基础的不确定性关系，给出尖锐的签名的拓扑相变在这些系统中。
2015-02-26 cond-mat.mes-hall quant-ph
Topological interface modes in local resonant acoustic systems
拓扑声子晶体是一种周期性的人工结构，可以支持非平凡的声学拓扑带，其拓扑性质与拓扑边模的存在有关。以往的研究主要集中在布拉格带隙中由晶格散射引起的拓扑边缘模。虽然局部共振间隙在声波的亚波长控制中有很大的用途，但是否有可能在局部共振间隙中实现拓扑界面态是一个问题。本文研究了时间反演对称声学系统中局域共振带隙附近的拓扑能带，并利用弹簧-质量模型详细描述了能带结构的演化。我们的声学结构可以在亚波长区产生三个带隙：一个是由单胞的局域共振引起的，另两个是由能带折叠引起的。发现拓扑界面态只能存在于带折叠诱导带隙中，而不会出现在局域共振带隙中。数值模拟结果与理论分析结果吻合较好。该研究为亚波长声波的局域化提供了一种途径。
2017-12-12 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Index theorem on chiral Landau bands for topological fermions
拓扑费米子作为多简并费米点的激发态在凝聚态物理中引起了越来越多的关注。它们以拓扑荷为特征，通常在实验中应用磁场来检测它们。在这里，我们提出了一个指数定理，揭示了费米点的拓扑电荷和朗道能带结构的间隙模式之间的内在联系。证明是基于磁场下的费米子映射到一个拓扑绝缘体，其拓扑数正好是费米点的拓扑荷。我们的工作为研究拓扑费米子有趣的磁响应效应奠定了坚实的基础。
2021-01-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Topological magnon bands for magnonics
磁有序系统中的拓扑激发是近年来研究的热点。本文报道了铁磁Shastry-Sutherland晶格中的拓扑磁振子带，其边缘模可用于磁振子器件。Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用和几何挫折的协同作用是负责拓扑非平凡的字符。利用严格的自旋波理论，我们确定了产生手征边缘态的磁振子带的有限陈氏数。二次带交叉点消失，由于目前的各向异性和系统进入拓扑阶段。我们计算的热霍尔电导率作为拓扑相的实验签名。不同的有前途的化合物进行了讨论，作为可能的物理实现的铁磁Shastry-Sutherland晶格托管所需的反对称Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用。指出了在磁振子学中应用的途径。
2019-05-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Gapping fragile topological bands by interactions
我们考虑了在强电子-电子相互作用下受时空反演对称性保护的脆弱拓扑带的稳定性。在单粒子水平上，能带的拓扑性质阻止了它们之间的间隙的打开。相比之下，我们表明，当脆弱的带是半满的，相互作用可以打开一个缺口，在多体光谱没有打破任何对称性或混合度的自由，从远程带。此外，所得到的基态不是拓扑有序的。因此，脆弱的拓扑能带结构不会阻碍形成“无特征绝缘体”基态。我们的结构依赖于两个电子和一个空穴的费米子束缚态的形成，称为“trions”。三振子形成一个带，其与电子带的耦合使得能隙打开。这一结果可能与最近在魔角扭曲双层石墨烯中电荷中性的实验所表明的带隙状态有关。
2022-02-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Comment on "Topological equivalence of crystal and quasicrystal band structures"
Madsen等人[arXiv：1307.2577]声称一维绝缘晶体和一维绝缘准晶在拓扑上是等价的，因此是平凡的。本文阐明了在一维系统的拓扑分类中，拟周期性起着类似于对称性的作用。因此，周期系统脱离了准周期拓扑空间，准晶体和晶体之间的等价性变得无关紧要。
2013-08-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Bandgap-Assisted Quantum Control of Topological Edge States in a Cavity
具有奇异拓扑序的量子物质在量子计算中具有潜在的应用。然而，在目前的实验中，对拓扑状态的操纵仍然是具有挑战性的。在这里，我们提出了一个架构的拓扑物质的光学控制。本文考虑了一个耦合到微波腔中的超导量子比特阵列，该阵列具有Su-Schrieffer-Heeger（SSH）哈密顿量。基于拓扑量子比特阵列的宇称性质，我们提出了一种观察拓扑相变的光谱方法，边缘到体块过渡。这种新方法可以通过设计腔-量子比特耦合来实现。这项工作的主要目的是了解拓扑相变如何影响光-物质相互作用。我们发现，拓扑带隙在这个问题上起着至关重要的作用。在拓扑相，耦合到腔场的简并边缘态的共振真空拉比分裂受到带隙的保护。在色散区，由于拓扑带隙，边缘态之间的腔诱导耦合比边缘态和体态之间的耦合占主导地位。结果，拓扑边缘态之间的量子干涉发生，并使单光子输运通过拓扑量子比特阵列的边界。我们的工作可能为拓扑量子态工程铺平道路。
2020-03-02 cond-mat.mes-hall quant-ph
Building blocks of topological band theory for photonic crystals
University of Illinois Urbana-Champaign（伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校）；Imperial College London（帝国理工学院）；University of the Basque Country (UPV/EHU)（巴斯克大学）；Donostia International Physics Center（圣塞巴斯蒂安国际物理中心）；ETH Zurich（苏黎世联邦理工学院）
本文提出利用稳定实空间不变量（SRSIs）对光子晶体中的拓扑带进行分类，揭示其作为基本构建块的性质，并区分光子与电子带结构。
2026-01-09 cond-mat.mes-hall physics.optics
Noise probing of topological band gaps in dispersionless quantum states
本文发现积分电流噪声与拓扑带隙的定量关系，提出一种探测平带材料拓扑带隙的新实验方法，适用于莫尔系统。
2023-08-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Spin-charge Separated Solitons in a Topological Band Insulator
在本文中，我们建立了一个简单的，可控的，二维模型的基础上的拓扑带绝缘体。它有许多吸引人的特性。(1)我们得到了与$π$通量相关的自旋-电荷分离孤子。(2)提出了一种不依赖于样品边界而对$Z_2$拓扑带绝缘体进行分类的方法。(3)当$π$通量是动力学变量时，如在具有紧急规范通量的相关绝缘体中，这些孤子传播玻色子激发，并且它们的凝聚触发相变成平面铁磁体。
2008-02-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
