Comprehensive scan for nonmagnetic Weyl semimetals with nonlinear optical response
随着拓扑能带理论的发展，近年来通过第一性原理计算，建立了关于时间反转和晶对称性保护的非线性拓扑材料的综合数据库。然而，由于Weyl点的低对称性要求，基于Weyl的拓扑指示器不能应用于Weyl半金属（WSM）。然而，在已知的数据库中，在任意位置具有Weyl点的WSM仍然不存在。本文基于无机晶体结构数据库（ICSD）中非中心对称晶体结构的全部实验数据，提出了一种有效的Weyl点自动搜索算法，并建立了一个Weyl点位于费米能级附近的非中心对称晶体结构数据库。在300 meV能量范围内，共发现46种Weyl半金属在费米能级附近具有接近清洁的费米面和Weyl点，其中9种为手性结构，可能存在量子化的圆形光电流效应。此外，还研究了该器件的非线性光学响应，并对巨位移电流进行了探索。除了磁性拓扑材料，我们强大的工具也可以用于磁性拓扑材料的发现。
2020-03-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Topology and symmetry of circular photogalvanic effect in the chiral multifold semimetals: a review
圆形光电流效应（CPGE）是手征外尔和多重折叠半金属中唯一可能的量子化信号，具有反转和镜像对称性破坏。本文主要从CPGE张量的分类、CPGE的k.p有效模型量子化和拓扑半金属RhSi族三个方面对CPGE在手征多重半金属中的应用进行了综述。首先，我们对CPGE张量进行了完全对称分析，得到了一个反应张量分类矩阵表。其次，在非中心对称拓扑半金属中，CPGE成为量子化响应，并且依赖于多重费米子的陈数。基于线性色散的k.p有效模型，给出了CPGE量子化的详细推导。最后，根据基于非相互作用电子结构的量子化CPGE的从头算分析，我们对RhSi族的手性拓扑半金属进行了新的计算。第一组包括RhSi、PtAl和CoSi，可以是展现量化的CPGE迹线的有希望的候选者，而第二组包括没有量化的PdGa、PtGa和RhSn。
2021-10-07 cond-mat.mtrl-sci
Nonmagnetic-Doping Induced Quantum Anomalous Hall Effect in Topological Insulators
在磁掺杂拓扑绝缘体中实验观察到量子反常霍尔效应。然而，超低温（通常低于300 mK），这主要是由于不均匀的磁性掺杂，成为一个艰巨的挑战，潜在的应用。本文提出了一种\textit{nonmagnetic}掺杂策略，在拓扑绝缘体中产生铁磁性并实现QAHE。我们数值计算表明，磁矩可以诱导由氮或碳取代在Bi $_2$ Se $_3$，Bi $_2$ Te $_3$，和Sb $_2$ Te $_3$，但只有氮掺杂的Sb $_2$ Te $_3$表现出长程铁磁性和保持大的体带隙。我们进一步表明，其相应的薄膜可以在17-29开尔文的温度下窝藏QAHE，这比类似系统中的典型温度高两个数量级。我们提出的\textit{nonmagnetic}掺杂方案可能为拓扑绝缘体中高温QAHE的实验实现提供新的思路。
2019-07-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Berry phase of phonons and thermal Hall effect in nonmagnetic insulators
对外加磁场作用下非磁性绝缘体中声子霍尔效应的产生机理进行了理论研究。PHE在（顺）磁性化合物中是已知的，其中磁矩和自旋轨道相互作用起着重要作用。与此形成鲜明对比的是，我们在这里表明，一个非零的声学声子的Berry曲率是由一个外部磁场由于绝热Born-Oppenheimer近似的修正。这导致了微带绝缘体中有限的霍尔热导率$κ_H$。我们对一个简单模型的$κ_H$的估计给出了在$ B=10 $ [T]和$ T=150 $ [K]处的$κ_H \sim 1.0\times 10^{-5} $ [W/Km]。
2019-01-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tracing out the Berry curvature dipole and multipoles in second harmonic Hall responses of time-reversal symmetric insulators
固体的各种非线性特性，如时间反演对称绝缘体的圆形光电流效应、Weyl半金属的量子化光电流效应和时间反演对称金属的非线性霍尔效应，都与Berry曲率偶极子（BCD）有关。在这里，我们探讨的问题是否可以追溯到非线性光学响应的时间反演对称绝缘体的Berry曲率偶极子和多极。我们进行了实时的含时密度泛函理论计算，并研究了二次谐波产生的磁化率张量。磁化率张量的两个波段项与带间BCD成正比，一旦多次反射对称性的抵消效应被解除，则在霍尔响应上占主导地位。我们认为，非线性霍尔成分的二次谐波谱的绝缘体也可以作为一个有效的工具，提取能带结构几何通过Berry曲率偶极子和可能的多极子。
2021-12-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Magnetic-Field-Modulated Resonant Tunneling in Ferromagnetic-Insulator-Nonmagnetic junctions
提出了铁磁-绝缘体-非磁结中共振隧穿磁电阻（MR）的理论。该理论揭示了许多最近的电自旋注入实验，这表明这种MR效应，而不是自旋积累在磁共振通道对应于电检测到的信号。我们量化的隧道电流的依赖性的磁场的量子速率方程来自安德森杂质模型，与重要的除了杂质自旋相互作用。考虑到在位库仑关联，MR效应是由场之间的竞争，自旋相互作用和耦合到磁引线。通过扩展的理论，我们提出了一个新的纳米尺寸存储器的操作基础。
2014-09-10 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Nonmagnetic Insulating States near the Mott Transitions on Lattices with Geometrical Frustration and Implications for $κ$-(ET)$_2$Cu$_2(CN)_3$
我们研究了各向异性三角晶格上的哈伯德模型的相图，它也代表了$κ$型BEDT-TTF化合物的模型。与平均场预测相反，路径积分重整化群计算显示了普遍存在的反铁磁绝缘体和顺磁金属的三明治绝缘体。超导相没有像磁通相那样出现简单的平移对称破缺，这意味着它是一个真正的莫特绝缘体。我们讨论了在$κ$ -（ET）$_2$ Cu $_2(CN)_3$中发现的绝缘相的可能相关性。
2002-03-01 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Dirac point spectral weight suppression and surface "gaps" in nonmagnetic and magnetic topological insulators
理论预测，当时间反演对称性被面外磁化破坏时，拓扑绝缘体表面的电子可以通过在狄拉克点打开能隙而获得质量（质量狄拉克费米子）.我们报道了一系列拓扑绝缘体材料的光电子能谱研究，重点是狄拉克节点附近的光谱行为。我们的研究结果表明，光谱强度被抑制，导致在材料中的“间隙”的功能，或没有任何磁性杂质或掺杂。磁掺杂样品中的塞曼间隙，预计是相当小的，很可能被掩盖的非磁性强光谱重量抑制涉及一个大的能量尺度，我们报告。因此，在狄拉克节点周围观察到的光发射光谱权重抑制不能作为时间反演对称性破缺磁隙的唯一证据。我们讨论了一些可能的外在和运动学的狄拉克点谱重抑制（“间隙”）在许多常用的拓扑材料中观察到的起源。
2012-12-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin Seebeck Effect in Nonmagnetic Excitonic Insulators
我们提出了一个自旋Seebeck效应归因于激子凝聚在一个半导体绝缘体的机制。我们分析了强耦合极限下半满双轨道哈伯德模型中的晶场分裂。在这个模型中，晶场和电子关联之间的竞争导致了激子绝缘态，其中两个轨道自发杂化。利用广义自旋波理论和玻尔兹曼输运方程，我们发现在没有磁场的激子绝缘态中，可以观察到由热梯度产生的自旋电流。自旋Seebeck效应起源于自旋分裂集体激发模式，尽管基态没有表现出任何磁有序。这种奇特的现象是激子绝缘态所固有的，激子绝缘态的序参量是时间反转的奇数，并且产生集体激发模的自旋分裂。我们还发现，自旋电流强烈增强，其方向是在附近的相变到另一个磁有序相反转。我们认为，目前的现象可能是观察到的钙钛矿钴与GdFeO $_3$型晶格畸变。
2020-11-29 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Topological classification under nonmagnetic and magnetic point group symmetry: Application of real-space Atiyah-Hirzebruch spectral sequence to higher-order topology
我们分类时间反转破缺（A类）spinful拓扑晶体绝缘体与晶体非磁性（32种）和磁性（58种）的点群。该分类包括所有可能的受点群对称性保护的磁性拓扑晶体绝缘体。尽管拓扑绝缘体的分类已知是由动量空间中的$K$理论给出的，但在存在复杂晶体对称性的情况下，计算$K$理论一直是一项困难的任务。这里我们考虑实空间中的$K$ -同调，而不是动量空间中的$K$ -理论，两者给出了相同的拓扑分类.我们应用Atiyah-Hirzebruch谱序列（AHSS）计算了$K$ -同调，这是一个计算广义（上）同调的数学工具.在实空间图像中，AHSS同时自然地给出了高阶拓扑绝缘体的分类。通过解决组扩展问题的基础上的物理参数的AHSS，我们完全确定可能的拓扑相位，包括高阶的每个点群。不同的高阶拓扑相位之间的关系进行了讨论的AHSS在$K$ -同源。我们发现，在某些量子点群和磁点群中，由两个$\mathbb{Z}_2$构成的二阶拓扑绝缘体的叠层可以光滑地变形为非平凡的四阶拓扑绝缘体，这意味着在AHSS中存在非平凡的群扩张.
2019-02-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Pressure-Driven Transitions in La2CoTiO6: Antiferromagnetic Insulator to Nonmagnetic Metal via Antiferromagnetic Metal in a Double Perovskite Oxide
本研究通过第一性原理计算发现，双钙钛矿氧化物La₂CoTiO₆在静水压作用下会依次发生反铁磁绝缘体-反铁磁金属-非磁性金属的相变，揭示了结构畸变与自旋态转变的关联机制。
2024-07-26 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Oxygen Vacancy-Induced Topological Hall effect in a Nonmagnetic Band Insulator
近年来，Skyrmions的发现引起了人们对拓扑非平凡自旋织构的极大兴趣。磁矩的非共面特性在电学测量中可以被观察到拓扑霍尔效应。在新材料中并通过新路线实现这种非平凡的自旋纹理是一项持续的努力，因为它们在未来超密度低功耗存储器应用中具有巨大的潜力。本文报道了氧空位（OV）在5 $d^0$体系KTaO $_3$中引起的THE和反常霍尔效应（AHE）.在同一温度范围内观察到的弱反局域化行为和THE强烈暗示了自旋轨道耦合（SOC）在THE起源背后的关键作用。从头计算揭示了Ta原子在OV附近的磁矩的形成和传导电子的Rashba型自旋织构。在Rashba SOC存在下，空位周围的局域磁矩可以形成具有非共线自旋织构的束缚磁极化子（BMP），从而产生THE。横向和纵向电阻之间的标度分析建立了斜散射驱动的AHE在这种情况下。我们的研究为通过缺陷工程实现拓扑现象开辟了一条途径。
2020-05-30 cond-mat.mtrl-sci
Long-range FMR driven spin pumping through a nonmagnetic insulator
铁磁共振（FMR）驱动的自旋泵浦是一种新兴的技术，用于将纯自旋电流从铁磁体（FM）注入到非磁性（NM）材料中，而不伴随电荷电流。人们普遍认为，这种泵浦完全通过FM/NM界面处的短程交换相互作用进行。在这里，我们报告了强大的，远程自旋泵从亚铁磁双钙钛矿Sr 2FeMoO 6（SFMO）到Pt的绝缘屏障高达200 nm厚，并系统地排除了所有已知的假效应。这一结果表明，动态自旋注入的距离远远超出了交换相互作用的耦合范围，暴露需要考虑其他耦合机制。在Sr 2FeMoO 6的磁性纹理的特征长度尺度约为150 nm，从结构反相边界，从而提高磁偶极耦合的可能性，所观察到的远程自旋转移的基础。这一发现揭示了一条在没有巡游电子介导的情况下，FM和NM之间动态角动量转移的路线，并承诺采用远程自旋泵的新自旋功能器件。
2014-04-02 cond-mat.mtrl-sci
Magnetic Real Chern Insulator in 2D Metal-Organic Frameworks
真正的陈氏绝缘体引起了人们极大的兴趣，但到目前为止，它们的材料实现仅限于单晶和没有自旋轨道耦合的系统。在这里，我们揭示了磁性实陈绝缘体（MRCI）状态在最近合成的金属有机骨架材料钴（HITP）2。它的基态具有面内铁磁有序，具有非平凡的实陈数，这是由C2 zT对称性实现的，并且对自旋轨道耦合具有鲁棒性。与以前的例子不同，MRCI的拓扑角零模是自旋极化的。此外，在小的拉伸应变下，该材料经历从MRCI到磁性双Weyl半金属相的拓扑相变，通过赝自旋-1临界状态。类似的物理学也可以在密切相关的材料Mn 3（HITP）2和Fe 3（HITP）2中找到，它们也存在。可能的实验检测和系统中出现的磁性平带的影响进行了讨论。
2023-03-16 cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast Energy- and Momentum-resolved Surface Dirac Photocurrents in the Topological Insulator Sb$_2$Te$_3$
利用时间分辨和角度分辨双光子光电子能谱结合偏振可变中红外脉冲激光，研究了拓扑绝缘体Sb $_2$ Te $_3$中表面Dirac光电流的能量-动量映射.它表明，从占据到未被占据的部分的表面Dirac锥的直接光学跃迁允许的线性和圆形的光电流效应，从而使我们能够相干控制的表面电流的激光偏振。此外，表面电流映射直接可视化狄拉克锥在时域中的超快电流动力学。我们分别揭示了非弹性散射和动量散射的超快带内弛豫动力学。我们的观测为拓扑绝缘体中表面狄拉克电子的相干光学控制铺平了道路。
2016-11-14 cond-mat.mtrl-sci
Crystal Symmetry Selected Pure Spin Photocurrent in Altermagnetic Insulators
School of Physics, Beijing Institute of Technology（北京理工大学物理学院）；Key Lab of Advanced Optoelectronic Quantum Architecture and Measurement (Ministry of Education), Beijing Institute of Technology（北京理工大学先进光电子量子架构与测量教育部重点实验室）；Shenzhen Institute for Quantum Science and Engineering and Department of Physics, Southern University of Science and Technology（南方科技大学量子科学工程研究院及物理系）
研究通过晶体对称性保护在交替磁体中产生纯自旋光电流，揭示了自旋和电荷光电流的保护机制，并通过第一性原理计算验证了不同材料中的结果，包括wurtzite MnTe和多铁体BiFeO3。
2024-12-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Asymmetric Bias Dependence in Double Spin Filter Tunnel Junctions
在双自旋过滤器（SF）隧道结中，自旋信息的产生和分析完全来自双电极的SF效应。在这篇文章中，我们数值评估的偏置依赖的磁阻在这样的隧道结（超导金属/ SF /超导绝缘体/ SF /超导金属），特别是在使用不同的SF材料的情况下。在WKB近似下，可以得到具有非单调和非对称偏置依赖性的大磁阻效应。我们说明了系统的影响，隧道势垒的高度，隧道势垒的厚度，和交换能量分裂的磁阻，特别是专注于非对称行为的磁阻偏置依赖。
2009-04-28 cond-mat.mtrl-sci
Pressure induced antiferromagnetic-tetragonal to nonmagnetic-collapse-tetragonal insulator-metal transition in ThMnAsN
第一性原理计算表明，ThMnAsN 在约9 GPa静水压力下发生四方到坍缩四方相同构相变，并伴随磁矩淬灭及绝缘体-金属转变。
2023-03-02 cond-mat.mtrl-sci
Light-Induced Even-Wave Spin Splittings in Nonmagnetic Centrosymmetric Systems with Spin-Orbit Coupling
Guangdong Provincial Key Laboratory of Magnetoelectric Physics and Devices, School of Physics, Sun Yat-sen University（中山大学物理学院）
研究通过圆偏振光诱导偶极波自旋分裂，揭示无磁中心对称系统中自旋分裂的机制，发现其与铁磁体和交替磁体相似，并支持陈绝缘体相的形成。
2026-05-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Large Unidirectional Magnetoresistance in a Magnetic Topological Insulator
本文报道了在磁性/半导体拓扑绝缘体（TI）异质结构Cr $_x$（Bi $_{1-y}$ Sb $_y$）$_{2-x}$ Te $_3$ /（Bi $_{1-y}$ Sb $_y$）$_2$ Te $_3$中的电流方向相关或单向磁电阻（UMR），它比其它已报道的系统大几个数量级。从磁场和温度的依赖关系，UMR被确定为起源于电子的磁振子的非对称散射。特别是，UMR的大幅度是自旋动量锁定和小费米波数在TI表面的结果。事实上，UMR在狄拉克点附近最大，费米波数最小。
2016-09-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Magnon-driven longitudinal spin Seebeck effect in F|N and N|F|N structures: role of asymmetric in-plane magnetic anisotropy
从理论上研究了两种不同系统的非对称面内磁各向异性对热激活自旋电流的影响：（i）由铁磁绝缘体与非磁性金属直接接触组成的系统，以及由铁磁绝缘部分夹在两个非磁性金属之间组成的三明治结构。结果表明，当结构中两种双金属的温差不大时，从磁性部分到双金属的自旋抽运电流幅值相等，方向相反，因此只有自旋矩电流对总自旋电流有贡献。然后，自旋电流从具有较高温度的双金属流向具有较低温度的双金属。其振幅随温差线性变化。此外，我们还发现，当磁各向异性在层平面内时，自旋电流随磁振子温度的升高而增大，而当磁各向异性在层平面外时，自旋电流随磁振子温度的升高而减小。扩大的温度之间的差异的金属，线性响应变得重要，从福克-普朗克方法推导出的解析表达式和随机Landau-Lifshitz-Gilbert方程的完全数值积分后获得的结果证实。
2015-09-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
The electronic structure of NaIrO$_3$, Mott insulator or band insulator?
基于五价后钙钛矿结构的NaIrO $_3$的电子绝缘行为的复杂性，我们采用局域密度近似和Gutzwiller方法研究了其在库仑排斥和自旋轨道耦合（SOC）平面上的电子结构和相图.我们的理论研究提出金属-绝缘体转变可以由两种不同的物理图象产生：重整化带绝缘体或莫特绝缘体区。对于NaIrO $_3$中的实际材料参数，库仑相互作用$U=2.0 (J=U/4)$ eV和SOC强度$η=0.33$ eV，它倾向于支持我们的研究所揭示的重整化带绝缘体图片。
2012-10-10 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Enhanced lattice fluctuations prior to a nonmagnetic ferroelectric order in an ionic spin-chain system
利用$^{79}$ Br-NQR光谱研究了施主-受主离子型莫特绝缘体TTF-BA的微观晶格态，探讨了自旋、电荷和晶格之间的交叉关联涨落。与晶格二聚化的铁电转变被捕获的临界指数$β$为0.40的NQR线分裂，如在3D伊辛普适类中所预期的，和在转变温度$T_\mathrm{c}$为53 K的自旋-晶格弛豫速率$T_1^{-1}$中的峰形成。值得注意的是，$T_1^{-1}$不遵守传统的$T^2$法律预期的拉曼过程中的声子，甚至远远高于$T_\mathrm{c}$，这表明出现了非凡的晶格波动。它们很可能与TTF-BA的顺电和顺磁相的极性涨落有关，并解释了先前观察到的被严重抑制的顺磁自旋磁化率，这被证实是由于在铁电有序之前的局部自旋单线态配对[K. Sunami $et$ $al$ .，2，043333（2020）]。
2021-03-10 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Floquet Weyl Semimetal Induced by Off-Resonant Light
我们提出了一个Floquet Weyl半金属态可以诱导在三维拓扑绝缘体，无论是磁或非共振光的应用。虚光子过程在重正化狄拉克质量中起着关键作用，从而导致在外尔点处带隙消失的拓扑半金属。目前的机制，通过非共振光是完全不同的，通过共振光，后者最近被建议引起的Floquet拓扑状态在普通带绝缘体。
2013-09-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
$\mathbb{Z}_{2}$ Spin Hopf Insulator: Helical Hinge States and Returning Thouless Pump
本文提出自旋 Hopf 绝缘体，通过引入粒子-空穴与空间反演对称性稳定表面的 Kane-Mele $\Z_2$ 拓扑，保护无能隙螺旋铰链态，并在四重旋转对称下实现返回式 Thouless 泵浦。
2023-04-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Calculations in Unified theory of the photovoltaic Hall effect by field- and light-induced Berry curvatures
The Institute for Solid State Physics, The University of Tokyo（东京大学固体物理研究所）
本文提出了一种统一光电霍尔效应理论，通过场和光诱导 Berry 曲率分析，揭示了偏置电场对非磁性材料中环形光电 galvanic 效应的影响，并区分了光 dressing 状态下的异常霍尔效应。
2026-03-03 cond-mat.mtrl-sci
Unified theory of the photovoltaic Hall effect by field- and light-induced Berry curvatures
The Institute for Solid State Physics, The University of Tokyo（东京大学固体物理研究所）
本文提出了一种统一理论，描述了光伏霍尔效应中由场和光诱导 Berry 曲率共同作用的机制，并揭示了非磁性材料中的光电流增强效应。
2026-03-03 cond-mat.mtrl-sci
Nonlinear photomagnetization in insulators
本文研究了绝缘体中振荡电场诱导静态磁化的非线性光磁化过程，利用密度泛函理论计算了原型半导体的二阶电自旋极化率，发现所有32个晶体学点群在圆偏振电场下均允许自旋极化，且非线性光磁化强度可与天然铁磁体相当。
2024-12-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Antiferromagnetic quantum spin Hall states in iron halogenide
量子自旋霍尔绝缘体（QSH）可以看作是两个局域磁矩相反的量子反常霍尔绝缘体（QAH）的复制。然而，迄今为止发现的几乎每一个QSH绝缘体都是半导体。由于每个副本的局部磁矩消失，QAH态仅概念上存在于这些QSH绝缘体中。在这项工作中，我们展示了一个现实的建设QSH态有限的本地磁矩桩双层QAH绝缘体。我们明确的建设受益于一个有效的QAH模型与一个大的拓扑间隙，并进一步支持一类二维铁磁材料。我们的工作不仅验证了QSH和QAH的概念关系，而且为实现反铁磁QSH态提供了一个理想的材料平台，该反铁磁QSH态是QAH和QSH态之间高度可调的层数函数。
2020-01-20 cond-mat.mtrl-sci
Sr$_3$Ir$_2$O$_7$F$_2$: Topochemical conversion of a relativistic Mott state into a spin-orbit driven band insulator
报道了Sr $_3$ Ir $_2$ O $_7$单晶经氟插入后向Sr $_3$ Ir $_2$ O $_7$ F $_2$的拓扑化学转变。新形成的Sr $_3$ Ir $_2$ O $_7$ F $_2$相的表征表明，Ir $^{4+}$阳离子几乎完全氧化成Ir $^{5+}$，这反过来又驱动系统从具有半填充J $_{eff}=1/2$带的反铁磁Mott绝缘体转变为具有半填充J $J=0$带绝缘体。第一原理计算揭示了一个非常平坦的插入能量，本地驱动的过程完成。能带结构计算支持形成的带绝缘体的电荷间隙依赖于强自旋轨道耦合固有的Ir金属离子的这种化合物。
2018-10-06 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Current-nonlinear Hall effect and spin-orbit torque magnetization switching in a magnetic topological insulator
自旋霍尔角的精确估计以及自旋轨道力矩（SOT）的成功最大化形成了具有自旋电子功能的磁性电子控制的基础。到目前为止，电流非线性霍尔效应或二次谐波霍尔电压已被用作估计自旋霍尔角的方法之一，这归因于SOT的磁化振荡。本文讨论了磁性/半导体拓扑绝缘体（TI）异质结构Cr $_x$（Bi $_{1-y}$ Sb $_y$）$_{2-x}$ Te $_3$ /（Bi $_{1-y}$ Sb $_y$）$_2$ Te $_3$中的二次谐波霍尔电压。从角度，温度和磁场的依赖性，它是明确地表明，大的二次谐波霍尔电压在TI异质结构不是由SOT，但主要是由非对称磁振子散射机制没有磁化振荡。因此，这种方法不允许自旋霍尔角的准确估计时，磁振子很大程度上有助于电子散射。相反，在TI异质结构中的SOT的贡献是由电流脉冲诱导的非易失性磁化切换，这是实现与$\sim 2.5 \times 10^{10} \mathrm{A/m}^2$的电流密度，显示其作为自旋电子材料的潜力。
2016-12-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Strong bulk photovoltaic effect in chiral crystal in the visible spectrum
具有大拓扑数多重费米子的结构手性材料由于其自然长的表面费米弧和体量子化的圆光电流效应（CPGE）而引起了人们的广泛关注。多重费米子只出现在金属态，因此，迄今为止，大多数研究仅集中在具有手性晶体结构的化合物中的半金属。在这项工作中，我们表明，结构手性拓扑平凡绝缘体也是奇异的状态，这是有趣的应用的角度来看，由于其天然的优势，主机在可见光波长范围内的大体积光伏效应。在过去的几十年中，可见光波长区域中的移位电流被限制为10 uA/V2。通过扫描具有手性结构的绝缘体，我们发现了一类光电导范围为20 - 80 uA/V ~ 2的化合物，这比其他实际材料中报道的光电导大了大约一个数量级。研究结果表明，具有手性结构的化合物在二阶光学响应中既能产生量子电荷泵效应，又能产生较强的位移电流。此外，这项工作提供了一个很好的平台，转移电流的研究及其未来的应用，把重点放在绝缘体与手性晶格，迄今为止被忽视的光伏技术。
2019-12-20 cond-mat.mtrl-sci
Spin current leakage and Onsager reciprocity in interfacial spin-charge interconversion
针对磁性双层膜中自旋-电荷转换效率的矛盾实验结果，提出同时包含界面Rashba-Edelstein效应和体自旋霍尔效应的唯象理论，发现自旋电流泄漏导致转换过程非对称，并指出自旋泵浦比自旋轨道力矩更可靠提取界面Rashba参数。
2024-01-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Search and design of nonmagnetic centrosymmetric layered crystals with large local spin polarization
直到最近，自旋极化的材料是专有领域的非中心对称结构。最近的研究表明，一种形式的隐藏自旋极化（称为Rashba-2或R-2效应）可以存在于全局中心对称的晶体中，只要各个层属于极性点群对称。这一认识可以大大拓宽可能被考虑用于自旋极化自旋电子学应用的材料的范围，以包括迄今为止被禁止的属于中心对称的自旋电子化合物。在这里，我们采取必要的步骤，从这种一般的，材料不可知的凝聚态理论的论点过渡到材料的具体设计原则，可以帮助未来的实验室搜索的R-2材料。具体而言，我们（i）根据其预期的R-2行为对文献中已广泛研究的不同原型层状结构进行分类，包括Bi 2Se 3结构类型（原型拓扑绝缘体），MoS 2结构型（原型谷电子化合物）和LaBiOS 2-结构类型（掺杂后的超导性主体）;（ii）用公式表示理想R-2化合物的整体晶胞对称性与其组成扇区的特定点群对称性的组合;（iii）使用第一性原理能带理论从满足这些R-2设计度量的LaOBiS 2型结构的原型族中搜索化合物。我们首先考虑稳定的和假设的化合物，以建立对R-2与组成的趋势的理解，然后指出预期是稳定的和可合成的预测。我们预测大的自旋分裂（高达200毫电子伏的LaOBiTe 2洞）以及表面Rashba状态。需要对这种预测进行实验检验。
2015-06-03 cond-mat.mtrl-sci
Realization of an isolated Dirac node and strongly modulated Spin Texture in the topological insulator Bi2Te3
拓扑绝缘体的自旋为基础的应用的发展需要的知识和理解的自旋纹理配置地图，因为它们通过在一个孤立的狄拉克节点附近的门控改变。然而，一个孤立的（类似石墨烯的）狄拉克节点并不存在于Bi2Te3中。虽然通过传输通道的表面状态的隔离已有望实现Bi2Te3，它是不知道如何自旋纹理调制，而门控的表面。Bi2Te3的另一个缺点是它具有多个能带交叉，而化学势被放置在狄拉克节点附近（至少3个，而不是Bi2Se 3和许多其他拓扑绝缘体中的一个），并且其掩埋的狄拉克点对于下一代实验来说是不可实验接近的，下一代实验需要在隔离的（类石墨烯）狄拉克节点附近调谐化学势。在这里，我们的图像的自旋纹理的Bi2Te3，并建议一个简单的修改，以实现一个非常寻求孤立的狄拉克节点制度的关键，几乎所有潜在的应用（拓扑性质）的Bi2Te3。最后，我们展示了载体控制磁性和非磁性掺杂Bi2Te3实现巨磁光效应和无耗散自旋电流器件涉及Bi2Te3为基础的平台。
2011-01-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Mott-insulator to commensurate-solid transition in a 4He layer on α-graphyne: Pseudo-spin symmetry breaking under a particle-induced pseudo-magnetic field
采用路径积分Monte Carlo方法研究了$^4$ He原子在$α$ -石墨炔上的吸附。我们发现一个$^4$ He原子可以嵌入到石墨炔的每个六边形的面内中心。在$^4$ He嵌入石墨炔表面上方的第一$^4$ He层中，在0.0706 $^{-2}$的面密度下观察到Mott绝缘态，其中三个$^4$ He原子占据每个六方晶胞，而氦原子在0.0941 $^{-2}$的密度下形成相称的三角形固体。在这里，我们表明，伊辛赝自旋对称性引入的两个简并配置的三个$^4$ He原子在一个六边形的细胞可以打破额外的$^4$ He原子放置在六边形顶点和莫特绝缘体到固体的过渡是一个过渡的自旋液体的阻挫反铁磁体的自旋排列铁磁体下的粒子诱导的赝磁场。
2013-08-12 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Orbital doublet driven even-spin Chern insulators
提出通过调节晶体对称性强制轨道双重态中自旋轨道耦合符号实现偶自旋Chern绝缘体的通用方法，并在RuBr$_{3}$单层中验证其近双量子化自旋霍尔电导等非平庸特性，为量子自旋霍尔绝缘体探索提供新途径。
2024-08-01 cond-mat.mtrl-sci
Observation and control of the weak topological insulator state in ZrTe5
一个量子自旋霍尔绝缘体主机拓扑状态在一维边缘，沿其反向散射的杂质是严格禁止和无耗散电流流动。它的三维类似物，一个弱拓扑绝缘体（WTI），具有类似的准一维拓扑状态限制在侧表面的晶体。相对于广泛研究的强拓扑绝缘体，增强的约束可以提供无耗散电流的途径和更好的应用优势。然而，拓扑侧表面通常是不可切割的，因此很难通过角分辨光电子能谱（ARPES）观察到，这阻碍了WTI的电子性质的揭示。在这里，我们可视化的拓扑表面状态的WTI候选人ZrTe5的第一次通过自旋和角度分辨的光电子能谱：一个准一维带与自旋动量锁定被揭示在侧面。我们进一步证明了ZrTe5的体带隙是由晶体的应变控制的，根据外部应变的方向实现了更稳定的WTI状态或理想的狄拉克半金属状态。我们在ZrTe 5中发现的高度定向的自旋电流和可调的带隙将为应用提供一个很好的平台。
2020-12-09 cond-mat.mtrl-sci
First-order phase transition vs. spin-state quantum-critical scenarios in strain-tuned epitaxial cobaltite thin films
该研究通过应变调控外延钴氧化物薄膜，发现非磁绝缘体/铁磁金属转变表现为一级相变（伴随相共存），而非自旋态量子临界行为，并用Landau模型加以解释。
2023-11-10 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Room-Temperature Valence Transition in a Strain-Tuned Perovskite Oxide
钴氧化物长期以来一直被理解为显示有趣的现象称为自旋态交叉，其中钴离子自旋变化与温度，压力等一个非常不同的情况是最近发现在含镨的钴氧化物，其中一阶耦合自旋态/结构/金属绝缘体转变发生，由一个显着的praseodymium价态转变驱动。这种价态转变，特别是当触发自旋态和金属-绝缘体转变时，提供了非常吸引人的功能，但迄今为止在体材料（例如，Pr 1-xCaxCoO 3中的90 K）。在这里，我们表明，在复合钙钛矿（Pr 1-yYy）1-xCaxCoO 3-δ的薄膜中，异质外延应变调谐使得价驱动的自旋态/结构/金属-绝缘体转变稳定到至少291 K，即，在室温左右这一结果的技术影响是伴随着基本的前景，作为完整的应变控制的电子基态被证明，从铁磁金属在张力下的绝缘体在压缩，从而暴露出一个潜在的新的量子临界点。
2022-06-09 cond-mat.mtrl-sci
Structural evolution and electronic properties of (Sr1-xCax)2-yIrO4+z spin-orbit assisted insulators
探讨了（Sr_（1-x）Cax）_（2-y）IrO_（4 +z）单晶中等电子取代的效应。标称n=1 Ruddlesden-Popper相位，y=0，z=0，从x=0到x=0.11保持稳定，其中反铁磁自旋轨道Mott绝缘状态持续存在。饱和力矩的增加，观察到增加Ca-取代，这表明修改耦合的面内力矩相对于面内旋转的IrO 6八面体。超过x=0.11，x=1/4，y=0，z=1/2结构相Sr 3CaIr 2 O 9，由角共享八面体的三维网络组成，开始混合并最终在较高的起始Ca含量下成核相纯晶体。绝缘，绝缘基态观察到在这一阶段归因于J=0状态，是与最近的粉末研究。在较高的Ca-浓度超过x = 0.75，晶体开始稳定在y=1/3，z=0准一维Ca 5Ir 3 O 12结构。这种链状结构中的低温输运可以通过变程跳跃得到很好的描述，并且在T $_N=9$ K以下出现反铁磁有序转变。我们的数据提供了一个详细的电子和结构特性的映射访问的结构框架的典型的自旋轨道莫特绝缘体Sr 2 IrO 4是不稳定的，通过等价的化学取代。
2016-10-19 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Spin, charge and orbital ordering in ferrimagnetic insulator YBaMn$_2$O$_5$
发现含有角连接MnO $_5$四棱锥的缺氧（双）钙钛矿型YBaMn $_2$ O $_5$在其基态表现出亚铁磁有序。在目前的工作中，我们报告广义梯度校正，相对论第一性原理全势能密度泛函计算进行YBaMn $_2$ O $_5$在的铁磁，铁磁和亚铁磁状态。的电荷，轨道和自旋的顺序解释与网站，角动量和轨道投影的状态密度，电荷密度图，电子结构和总能量的研究。YBaMn $_2$ O $_5$稳定在G型亚铁磁态。实验观察到的绝缘行为出现，只有当我们在我们的计算中包括亚铁磁有序。我们观察到显着的光学各向异性在这种材料中起源于亚铁磁有序和晶场分裂的综合效应。为了获得知识的存在下，不同的价态的锰在YBaMn $_2$ O $_5$，我们计算了$K$ -边的X射线吸收近边光谱的Mn和O原子。从X射线吸收近边谱、超精细场参数和磁性研究中可以清楚地确定Mn的不同价态的存在。在实验提出的结构中，最近报道的基于$P$ 4/ $nmm$的描述被发现代表稳定的结构。
2001-05-05 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
