Backscattering off a driven Rashba impurity at the helical edge
自旋自由度对于理解和利用二维拓扑绝缘体边缘的特殊性质至关重要。在没有超导性和磁性的情况下，Rashba耦合是这个系统中最相关的单粒子微扰。由于Rashba耦合不会破坏时间反演对称性，因此它对输运性质的影响只有在包含不守恒单粒子能量的过程时才可见。这种过程的范例是电子-电子相互作用和时间依赖的外部驱动。我们分析了在螺旋边缘的周期性驱动的Rashba杂质的影响，在电子-电子相互作用的存在下。通过玻色化处理的相互作用和后向散射电流计算微扰高达二阶的杂质强度。我们表明，后向散射电流是非单调的驱动频率。这种性质是Rashba杂质的指纹，在螺旋液体中的磁性杂质的情况下不存在。此外，非单调的行为，使我们能够直接链接的后向散射电流的Luttinger参数$K$，编码的电子-电子相互作用的强度。
2020-05-28 cond-mat.mes-hall
Forbidden Backscattering and Resistance Dip in the Quantum Limit as a Signature for Topological Insulators
识别拓扑绝缘体和半金属通常集中在它们的表面状态，使用光谱方法，如角分辨光电子能谱或扫描隧道显微镜。相比之下，从体态输运研究拓扑绝缘体的拓扑性质在大多数实验室中更容易获得，但很少涉及。我们证明，在拓扑绝缘体的量子极限中，在临界磁场下，最低朗道带的费米面上仅有的两个态之间的背散射可以被禁止。电导率仅由两种状态之间的反向散射确定，导致电阻下降，其可以用作拓扑绝缘体相的特征。更重要的是，这种被禁止的反向散射机制的电阻下降是无关的无序散射的细节。我们的理论可以应用于重新审视Pb $_{1-x}$ Sn $_x$ Se，ZrTe $_5$和Ag $_2$ Te家族的实验，并且对于拓扑绝缘体和正常绝缘体之间有争议的小间隙材料特别有用。
2018-07-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Topological Effects of a Vorticity Filament on the Coherent Backscattering Cone
在这封信中，我们报告的相干后向散射锥上的涡丝的影响。使用超声波在一个强烈的混响腔，我们的实验表明，周围的点状旋涡位于腔中心的声学路径的离散数量的环路驱动的相干后向散射增强的取消和潜在的再生。涡丝的行为，然后，作为波传播的拓扑异常，提供了一些新的见解之间的互惠性和弱本地化。
2019-07-19 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall physics.flu-dyn
A non-magnetic mechanism of backscattering in helical edge states
Ioffe Institute（约费研究所）；NRC ``Kurchatov Institute'', Petersburg Nuclear Physics Institute（核物理研究中心“库尔恰托夫研究所”，圣彼得堡核物理研究所）；Department of Physics, St. Petersburg State University（圣彼得堡国立大学物理系）
研究了二维拓扑绝缘体边缘态的非磁性反散射机制，揭示了 puddle 中零模波动在电子相互作用下的作用，导致反散射概率的产生与增强。
2025-12-04 cond-mat.mes-hall
Proposed Detection of Time Reversal Symmetry in Topological Surface States
利用T矩阵方法，研究了三维拓扑绝缘体表面的时间反演对称性，并讨论了该杂质的性质。结果表明，在不同的偏压下，单杂质周围的局域态密度（LDOS）图像具有六重对称性的凹陷-驼峰结构。峰值是由准粒子干涉产生的，而后向散射波矢量处的局部极小值是由于没有后向散射。随着偏置电压的增加，峰和谷向前移动到杂质的位置。LDOS光谱中反向散射波矢量的这些下降可以被视为拓扑表面态时间反转对称性的特征，可以通过扫描隧道显微镜观察到。
2013-01-18 cond-mat.mes-hall
Magnetoresistance of edge states of a two-dimensional topological insulator
发展了二维拓扑绝缘体边缘态的磁电阻理论。磁场违反了时间反演不变性。磁阻的产生是由于平行于样品表面的磁场打开的能隙。杂质和磁场的联合作用引起边缘电子的背散射。虽然杂质是散射所必需的，但是与杂质的足够强的相互作用强相互作用导致反向散射的抑制。
2021-01-06 cond-mat.mes-hall
Topological Protection from Random Rashba Spin-Orbit Backscattering: Ballistic Transport in a Helical Luttinger Liquid
Rashba自旋轨道耦合和势无序的结合诱导了二维拓扑绝缘体边缘态的随机电流算符。我们证明，通过这样的边缘的电荷传输是弹道在任何温度下，有或没有Luttinger液体相互作用。该解决方案利用了一个映射到自旋1/2在一个随时间变化的字段，保留沿一个随机起伏的组件（可积动力学）的投影。我们的结果是准确的，并排除了随机Rashba后向散射作为一个来源的温度依赖性运输，缺乏可积性破坏条款。
2016-02-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Backscattering in Topological Edge States Despite Time-Reversal Symmetry
本研究针对量子自旋霍尔绝缘体（QSHIs）边缘态背散射问题，通过扫描隧道光谱准粒子干涉实验结合理论分析，揭示实际材料中非单调色散导致的多克莱默对间背散射通道，首次验证与拓扑保护一致的背散射现象，为QSHI应用提供关键稳定性参考。
2025-04-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Cavity-induced backscattering in a two-dimensional photonic topological system
通过电子，光子和声子材料中的拓扑状态的鲁棒传输的发现加深了我们对凝聚态中波传播的理解，并展望了工程超材料在通信，传感和控制环境中的关键应用。拓扑保护的传输已被证明在面对弯曲的路径和现场的随机性的结构。在这里，我们测量微波辐射在具有时间反演对称性的拓扑介质中的传播，其中腔体邻近边缘通道。耦合共振模型分析表明，该腔不是自旋守恒缺陷，在传输中产生负的时间延迟。
2019-11-13 cond-mat.mes-hall physics.optics
Effects of nuclear spins on the transport properties of the edge of two-dimensional topological insulators
二维拓扑绝缘体边缘沟道中的电子可以描述为螺旋Tomonaga-Luttinger液体。它们通过超精细相互作用耦合到嵌入在主体材料中的核自旋，因此受到核自旋上的弹性自旋翻转背散射。我们调查的核自旋引起的边缘电阻由于这样的背散射进行重整化群分析。值得注意的是，这种背散射机制的效果是强的螺旋边缘比在非螺旋通道，这被认为是存在于平凡的制度的InAs/GaSb量子阱。在具有足够长边缘的系统中，无序的核自旋导致边缘电阻，其在降低温度时呈指数增长。另一方面，来自边缘态的电子介导各向异性的Ruderman-Kittel-Kasuya-Yosida核自旋-自旋相互作用，这诱导了低于转变温度的螺旋核自旋序。我们讨论的螺旋秩序的特点，以及它的实验签名。在有序相，我们确定了两个背散射机制，由于电荷杂质和磁振子。内部产生的磁场允许电荷杂质上的背散射，并导致边缘态的安德森型局域化。磁振子介导的背散射导致幂律电阻，其在零温度下被抑制。总的来说，我们发现，在一个足够长的边缘的核自旋，是否有序，抑制边缘电导为零的温度接近零。
2018-03-29 cond-mat.mes-hall
Coherent backscattering in the topological Hall effect
本文研究了拓扑霍尔效应的量子修正，发现自旋结构引起的非均匀磁化会在动力学方程中产生额外散射项，导致拓扑霍尔电阻率的量子修正，并在稀磁半导体中实验可观测。
2022-12-20 cond-mat.mes-hall
Quantitative theory of backscattering in topological HgTe and (Hg,Mn)Te quantum wells: acceptor states, Kondo effect, precessional dephasing, and bound magnetic polaron
我们提出的理论和数值计算的背散射率决定的受主空穴或Mn自旋在碲化汞和（Hg，Mn）Te量子阱中的量子自旋霍尔制度。各向异性的s-p和sp-d交换相互作用，近藤耦合，Luttinger液体效应，进动退相，和绑定磁极化子的作用是量化的。所测得的HgTe和（Hg，Mn）Te量子阱电导的大小和温度关系与实验结果一致。
2023-02-24 cond-mat.mes-hall quant-ph
Kondo-effect protected topological surface states on Sb(111)
用扫描隧道谱研究了Co/Sb（111）体系的局域态密度和准粒子干涉现象。在费米能附近观察到的尖峰被解释为具有K的Kondo温度的常规Kondo共振的指纹。此外，通过识别的干涉波矢量，只有散射通道有关的背散射约束观察表面有和没有Co沉积。结果表明，近藤效应充分屏蔽了磁性杂质，从而抑制了拓扑表面态的背散射。
2013-07-24 cond-mat.mes-hall
Phase diagram and phonon-induced backscattering in topological insulator nanowires
我们提出了一个有效的清洁圆柱形拓扑绝缘体纳米线的电子-声子耦合效应的低能理论。声学声子模型由各向同性弹性连续介质理论与无应力边界条件。我们考虑到声子和螺旋表面狄拉克费米子之间的变形势耦合，也包括电子-电子相互作用的玻色化方法。对于半整数值的磁通量$Φ_B$沿导线，低能量理论承认一个精确的解决方案，因为拓扑保护机制，然后排除声子诱导的$2k_F$ -背散射过程。我们确定的零温度相图，并确定一个政权占主导地位的超导配对的表面状态。作为例子，我们考虑碲化汞纳米线的相图。我们还确定了声子诱导的电阻率，在那里我们找到一个二次依赖于磁通偏差$δΦ_B$从最近的半整数值。
2020-01-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Backscattering of topologically protected helical edge states by line defects
本研究提出线性排列的在位杂质可解除Kane-Mele模型中螺旋边缘态的拓扑保护，通过紧束缚模型与非平衡格林函数方法计算发现正在位势下体带隙下边缘附近电导受抑，源于带隙束缚态交叠形成的杂质通道引发背散射。
2023-07-23 cond-mat.mes-hall quant-ph
Nuclear-spin-induced localization of the edge states in two-dimensional topological insulators
研究了核自旋对二维拓扑绝缘体（2DTI）螺旋边缘态电阻的影响。通过超精细相互作用，核自旋允许电子反向散射，否则被时间反演对称性禁止。我们确定了两个后向散射机制，这取决于核自旋是否有序。它们的温度依赖性是不同的，但都给电阻，这增加了与边长，降低温度，并增加强度的电子-电子相互作用。总的来说，我们发现核自旋通常会在零温度下关闭2DTI边缘的电导。
2017-08-18 cond-mat.mes-hall
Tunneling in the Brillouin Zone: Theory of Backscattering in Valley Hall Edge Channels
最近的一系列实验一直在探索玻色子系统中的拓扑输运，例如光子或声子。在绝大多数情况下，时间反演对称性被保留，并且能带结构通过适当的几何结构选择来设计，以在高对称点附近产生拓扑非平凡的带隙。然而，这留下了大准动量后向散射的可能性，破坏了拓扑保护。到目前为止，人们还不清楚这种影响可以被充分抑制的确切条件是什么。在目前的工作中，我们介绍了一个全面的半经典理论的动量空间中的隧道跃迁，描述背散射的最重要的系统类之一，基于谷霍尔效应。我们预测，即使是一个光滑的畴壁有效的散射中心发展的地方确定的壁和能量的斜率。此外，我们的理论提供了一个定量分析的指数抑制的总反射振幅增加畴壁平滑度。
2021-06-23 cond-mat.mes-hall quant-ph
Experimental demonstration of the topological surface states protected by the time-reversal symmetry
报道了利用低温扫描隧道显微镜对拓扑绝缘体Bi $_2$ Te $_3$非平凡表面态驻波的直接成像。干涉条纹是由Ag杂质和Bi $_2$ Te $_3$（111）表面台阶边缘的拓扑态散射引起的。通过研究电压依赖的驻波图，我们确定了能量色散$E(k)$，证实了拓扑态的狄拉克锥结构。我们进一步表明，非常不同于传统的表面状态，反向散射的拓扑状态的杂质被完全抑制。没有背散射是时间反演对称性的一个壮观的表现，它提供了表面态拓扑性质的直接证明。
2009-10-10 cond-mat.mes-hall
Inducing magnetism onto the surface of a topological crystalline insulator
在拓扑晶体绝缘体（TCI）上引入磁性可以产生多种新的量子电磁效应。这是高度应变敏感的带拓扑结构的这种安全保护系统的结果。因此，我们表明，放置TCI表面的SnTe在接近EuS，铁磁绝缘体，在SnTe和EuS之间的界面处诱导磁性，从而打破了TCI中的时间反演对称性。SnTe-EuS-SnTe三层器件的磁输运实验揭示了TCI表面电阻的滞后降低与磁畴壁密度的增加相一致。这种额外的传导可能是畴壁内拓扑保护表面态的特征。此外，一个滞后的异常霍尔效应揭示了通常在平面内的磁矩的EuS层是倾斜向垂直方向在界面处。这些结果是在SnTe-EuS界面处的感生磁性导致TCI中的时间反演对称性被破坏的证据。
2015-04-23 cond-mat.mes-hall
Light-induced dissipationless states in magnetic topological insulators with hexagonal warping
本研究针对磁性拓扑绝缘体中磁杂质导致的背散射问题，提出利用高频线偏振光并结合费米面六方翘曲，抑制耗散、提升迁移率，从而实现光致无耗散表面态。
2025-02-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electrically Tunable Magnetism in Magnetic Topological Insulators
拓扑绝缘体磁特性的外部可控性无论从理论上还是从实际应用上都具有重要意义。在这里，我们预测的电场控制的铁磁性的绝缘磁性拓扑绝缘体薄膜。通过施加电场减少能带反转导致磁化率的降低，从而导致磁性的改变。值得注意的是，电场甚至可以诱导从铁磁性到顺磁性的磁量子相变。我们进一步提出了一种拓扑晶体管器件，其中手性边缘态的无耗散电荷输运由电场控制。特别地，磁性拓扑绝缘体中的场控铁磁性可以用于磁性隧道结中的磁性随机存取存储器的基于电压的写入。在这种器件中，磁有序和手性边缘输运的同时电控制可能导致拓扑绝缘体的电子和自旋电子应用。
2015-06-29 cond-mat.mes-hall
Resilience of the Spin-Orbit Torque against Geometrical Backscattering
在本文中，我们表明，技术相关的类场自旋轨道扭矩显示弹性对电子背散射的几何效应。随着器件尺寸越来越小，几何形状对自旋扭矩等物理特性的影响，以及因此开关电流可能会对此类器件的持续收缩产生物理限制-这是所有存储器件（MRAM）的必然趋势。曲线的几何效应已经被证明会影响狄拉克和拓扑系统的量子输运和拓扑跃迁。在我们的工作中，我们已经排除了潜在的威胁，降低自旋轨道转矩切换的有效性的直线曲线。换句话说，自旋-轨道扭矩切换将对电子背散射事件中的缺陷圆周曲线的影响具有弹性，这通常发生在现代电子器件的通道中。
2019-08-29 cond-mat.mes-hall quant-ph
Spacer-layer-tunable magnetism and high-field topological Hall effect in topological insulator heterostructures
控制磁性拓扑绝缘体（MTIs）中的磁序是利用MTIs开发自旋电子学应用的关键，通常通过改变磁掺杂浓度来实现，这不可避免地影响自旋轨道耦合强度和拓扑性质。在这里，我们展示了可调的磁性拓扑异质结构在很宽的范围内，从铁磁相与居里温度约100 K的顺磁相的所有方式，同时保持整体化学成分相同，通过控制两个原子薄的磁性层之间的非磁性间隔层的厚度。这项工作表明，间隔层控制是一个强大的工具来操纵MTI异质结构中的磁拓扑功能。此外，MTI和Cr2O3缓冲层之间的相互作用也导致了强大的拓扑霍尔效应存活高达创纪录的6 T的磁场，揭示了界面层在薄膜拓扑材料中的关键作用。
2021-07-14 cond-mat.mes-hall
Direct measurement of proximity-induced magnetism at the interface between a topological insulator and a ferromagnet
当拓扑绝缘体（TI）与铁磁体接触时，时间反转和反转对称性在界面处都被破坏。在TI表面形成能隙，其电子通过短程交换相互作用获得净磁矩。磁TI可以承载各种奇异的量子现象，如大质量狄拉克费米子，马约拉纳费米子，量子反常霍尔效应和沿畴界的手征边缘电流。然而，在掩埋界面处的感生磁性的选择性测量仍然是一个挑战。使用磁二次谐波产生，我们直接探测在铁磁绝缘体（FMI）EuS和三维TI Bi 2Se 3之间的界面处诱导的面内和面外磁化。我们的研究结果不仅可以表征在TI-FMI接口的磁性，但也奠定了基础，成像磁畴和域边界的磁性TI表面。
2016-07-14 cond-mat.mes-hall
Magnetism of topological boundary states induced by boron substitution in graphene nanoribbons
石墨烯纳米带（GNRs），碳基电子学的低维平台，显示了将自旋极化也纳入其共轭电子系统的有前途的前景。然而，GNRs中的磁性通常与锯齿形边缘周围的局域态相关联，难以制造且具有高反应性。在这里，我们表明，磁性也可以通过在其内部原子精确的工程拓扑缺陷诱导远离物理GNR之字形边缘。一对取代的硼原子插入到碳骨架中，打破了它们的拓扑能带的共轭，并在周围建立了两个自旋极化的边界态。自旋态的电输运测量通过硼取代GNRs之间的尖端和样品的扫描隧道显微镜悬浮检测。第一性原理模拟发现，硼对诱导自旋1，这是通过调整对之间的间距修改。我们的研究结果展示了一条将自旋链嵌入GNRs的路线，使它们成为自旋电子器件的基本元件。
2020-09-28 cond-mat.mes-hall
Topological fragility and bilinear magnetoelectric resistance in gapless edge states
Université Paris-Saclay, CEA, CNRS, SPEC（巴黎萨克雷大学、法国原子能和替代能源委员会、法国国家科学研究中心、SPEC）；Université Paris-Saclay, CNRS, Laboratoire de Physique des Solides（巴黎萨克雷大学、法国国家科学研究中心、固体物理实验室）；The Institute for Functional Intelligent Materials (I-FIM), National University of Singapore（新加坡国立大学功能智能材料研究所）
本文揭示拓扑绝缘体边缘态存在拓扑脆弱性，在弱磁场下通过自旋-动量锁定和随机自旋-轨道耦合产生显著的双线性磁电阻，并定量解释了铋铰链态的实验观测。
2026-05-25 cond-mat.mes-hall
Conductance suppression by nonmagnetic point defects in helical edge channels of two-dimensional topological insulators
我们研究了在二维拓扑绝缘体中，当存在能产生束缚态的临界点缺陷时，自旋对称性破缺的螺旋边缘通道中的电子背散射和电导抑制。在这个系统中的边缘和束缚态的隧穿耦合的结果在形成复合螺旋边缘状态，其中所有四个合作伙伴的两个Kramers对传统的螺旋边缘状态和束缚态的混合。后向散射被认为是电子的非弹性两粒子散射的结果，这是在这些复合状态。在这种方法中，我们发现，即使缺陷只产生一个能级，也会发生足够强的背散射。这种效应是由复合态之间的电子跃迁引起的，其能量接近束缚态能级。研究了单个缺陷散射引起的量子化电导偏离随温度和费米能级的变化。结果被推广到散射的情况下，由许多不同的缺陷与能级分布在带隙。在这种情况下，电导偏差证明是相当强的，即使在足够低的缺陷密度与实验相当。有趣的是，在某些条件下，电导偏差的温度依赖性在很宽的温度范围内变得很弱。
2021-04-26 cond-mat.mes-hall
Nodal lines and boundary modes in topological Dirac semimetals with magnetism
具有磁序的节线半金属在理论上已经被预测，并且仅在少数化合物中被实验观察到。通过在拓扑狄拉克半金属（TDSM）中引入磁性，我们从理论上研究了这种磁性线态的体相和边界电子结构。TDSM，例如$\mathrm{Cd_3 As_2}$和$\mathrm{Na_3 Bi}$，其特征在于由晶体的旋转对称性保护的一对自旋简并狄拉克点。通过在TDSM的晶格模型中引入与电子自旋耦合的局域磁矩，我们证明了TDSM既可以转变为Weyl半金属，也可以转变为非线性半金属，这取决于交换耦合中的轨道依赖性和由磁矩形成的磁化方向.在这种磁性半金属态中，我们发现了边界处具有鼓面状能带结构的零模，其特征在于拓扑数为$\mathbb{Z}$。通过在晶格模型中引入磁畴壁，数值模拟了这些零模。
2021-06-08 cond-mat.mes-hall
Broadband topological slow light through higher momentum-space winding
慢光波导可以强烈增强光-物质相互作用，但存在带宽窄、后向散射增加和安德森局域化的问题。光子拓扑绝缘体中的边缘态抵抗反向散射和局部化，但通常跨越单个布里渊区上的带隙，这意味着慢的群速度意味着窄带操作。在这里，我们从理论上表明，这可以通过边缘终止来规避，该边缘终止导致边缘状态围绕布里渊区缠绕多次，使其既慢又宽。
2019-01-16 cond-mat.mes-hall physics.optics
Current-induced gap opening in interacting topological insulator surfaces
二维拓扑绝缘体（TI）的主机无带隙螺旋边缘的国家，预计将支持一个量化的两端电导。量子化受到时间反演对称性的保护，它禁止弹性背散射。奇怪的是，载流状态本身打破了保护它的时间反转对称性，在这里，我们表明，在螺旋边缘状态的电子-电子相互作用和动量相关的自旋极化的组合产生的反馈，通过它所施加的电流打开边缘状态色散的间隙，从而打破了对弹性背散射的保护。电流引起的间隙打开通过对系统的$I-V$特性的非线性贡献来表现，该特性持续到零温度。我们讨论了在最近发现的大体积带隙TI的实现前景，和一个类似的电流诱导间隙开放机制的表面状态的三维TI。
2019-12-11 cond-mat.mes-hall
Effective spin dephasing mechanism in confined two-dimensional topological insulators
量子自旋霍尔效应（QSHE）中的Kramers对螺旋边态对正常退相具有鲁棒性，但对自旋退相不具有鲁棒性。在我们的工作中，我们提供了一个有效的自旋退相机制，在二维（2D）QSHE的水坑，这是模拟的量子点模型的2D质量狄拉克哈密顿。我们证明了自旋退相效应可以起源于Rashba自旋-轨道耦合和电子-声子相互作用的结合，这引起了拓扑绝缘体量子点内边缘态的非弹性背散射，尽管时间反演对称性始终保持不变。最后，我们讨论了量子点中扩展螺旋边态与局域边态之间的隧穿，从而导致扩展边态的背散射。这些结果可以解释在InAs/GaSb QSH系统更强大的边缘输运。
2016-04-05 cond-mat.mes-hall
Substrate-induced magnetism and topological phase transition in silicene
硅烯作为纳米电子学的多功能材料，特别是作为自旋电子学的结构单元，显示出巨大的应用潜力。不幸的是，尽管其有趣的性质，如相对较大的自旋-轨道相互作用，硅烯是有用的作为主体自旋电子材料的最大障碍之一是缺乏磁性或拓扑相变由于硅-衬底相互作用，这影响其基本性质，并尚未得到充分的探索。在这里，我们表明，当硅烯生长在CeO 2衬底上，一个可观的强大的磁矩出现在硅烯共价键合到CeO 2（111），而拓扑相变带绝缘体发生无论范德华力（vdWs）的相互作用或共价键在界面处的相互作用。硅烯的感生磁性是由于Si-Si π键的断裂，同时也导致了平凡的拓扑相。硅烯与衬底的相互作用，即使是很弱的vdWs力（相当于一个电场），也能破坏硅烯的量子自旋霍尔效应（QSHE）。我们提出了一种可行的策略-构建反对称三明治结构（保护层/硅烯/衬底）-在弱vdWs相互作用系统中保持硅烯的量子自旋霍尔（QSH）态。这项工作为硅基自旋电子器件的基础物理和实际应用迈出了关键的一步。
2018-06-14 cond-mat.mes-hall
Electronic confinement of surface states in a topological insulator nanowire
我们分析了拓扑绝缘体纳米线模型中电子表面态的限制。自旋动量锁定在表面状态减少了不必要的反向散射的存在下，非磁性的障碍，并被称为抵消本地化的某些值的磁通量线程线。我们表明，有意的背散射可以诱导在纳米线收缩的存在下的一系列条件。我们提出了一个几何纳米线，涉及两个收缩，并表明这些地区形成有效的障碍，允许形成一个量子点。我们分析了零温度非相互作用的电子输运通过设备使用的Landauer-Büttiker方法，并显示如何外部施加的磁通量平行的纳米线和静电门可以用来控制的量子点的光谱和电子输运通过表面状态的模型设备。
2022-06-28 cond-mat.mes-hall
Odd-frequency superconducting pairing and subgap density of states at the edge of a two-dimensional topological insulator without magnetism
研究了无磁性的二维拓扑绝缘体边缘超导混合结中奇频自旋三重态s波配对的产生及其后果。更具体地说，我们考虑几个不同的正常超导体的混合系统在拓扑绝缘体的边缘，自旋单态s波超导配对是邻近诱导从外部常规超导体。我们进行了充分的分析计算，并表明奇频混合自旋三重态s波配对的出现是由于独特的自旋动量锁定在拓扑绝缘体边缘状态和自然非恒定的配对电位分布的混合系统。重要的是，我们建立了一个一对一的对应关系，在低能量的局域态密度（LDOS）和奇数频率的自旋三重态配对在NS，NSN和SNS结沿拓扑绝缘体的边缘;在接口的LDOS的增强可以直接归因于奇数频率配对的贡献。此外，在SNS结中，我们表明，零能量LDOS峰的出现在超导相$ϕ=π$是纯粹与奇频配对在中间的结。
2017-10-10 cond-mat.mes-hall
Discovery of several large families of Topological Insulator classes with backscattering-suppressed spin-polarized single-Dirac-cone on the surface
三维拓扑绝缘体是一种新型的量子物质态，其表面具有自旋动量锁定的螺旋狄拉克费米子，有望在自旋电子学、量子计算和基础物理学领域开辟新的前景。许多预测的拓扑现象的实验实现需要找到多变量的拓扑带绝缘体，可以多次连接到磁性半导体和超导体。本文介绍了我们对AB_2X_4（124），A_2B_2X_5（225），MN_4X_7（147），A_2X_2X '（221）[A，B=Pb，Ge，Sb，Bi和M，N=Pb，Bi和X，X'=硫族]中几种新的拓扑绝缘体的理论预言和实验发现。我们观察到，这些材料的特征间隙高达约0.35eV。多变量性质允许不同的表面色散可调性，费米表面自旋涡旋或纹理配置和自旋相关的电子干涉信号在这些材料的表面上的新的量子输运过程。我们的发现也提供了几个新的平台，以寻找拓扑超导性（arXiv：0912.3341v1（2009））在这些外来材料。
2010-07-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con physics.comp-ph
Upstream modes and antidots poison graphene quantum Hall effect
量子霍尔效应是拓扑保护的开创性例子，因为载流子通过禁止反向散射的一维边缘通道传输。石墨烯已经成为一个特殊的平台，揭示了这一非凡属性的新方面。然而，在传统的霍尔条几何形状中，石墨烯边缘沟道的拓扑保护被发现令人遗憾地不如高迁移率半导体中的那样稳健。在这里，我们探索石墨烯量子霍尔制度在本地规模，使用扫描门显微镜。我们揭示了沿石墨烯边缘的反量子点的不利影响，介导反向散射向上游边缘通道，从而触发拓扑击穿。结合模拟，我们的实验结果提供了进一步的见解石墨烯量子霍尔通道的脆弱性。反过来，这可能会使未来的发展朝着精确操纵的拓扑保护的边缘通道托管在各种类型的二维晶体。
2021-04-19 cond-mat.mes-hall
Floquet Engineering of Magnetism in Topological Insulator Thin Films
在拓扑材料的磁性的动态操纵演示在这里通过Floquet工程方法使用圆偏振光。随着激光场强度的增加，磁掺杂拓扑绝缘体薄膜除了发生预期的拓扑相变外，还发生了从铁磁性到顺磁性的磁相变，其临界行为强烈依赖于量子猝灭。与平衡态相比，非平衡态的居里温度随时间尺度和实验装置的不同而变化，并不完全依赖于拓扑结构的变化。我们的发现加深了对非平衡态下拓扑结构与磁性之间关系的理解，并将光电子器件的应用扩展到拓扑材料。
2021-06-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Backscattering-free edge states below all bands in two-dimensional auxetic media
针对声波单向无背散射传播需求，提出基于体模量为零的二维拉胀介质中Rayleigh波自旋-动量锁定的新型被动线性单向边缘态，具新拓扑绕数，可在宽频工作，有望催生新频段声子器件。
2023-06-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft physics.class-ph
Suppressing backscattering of helical edge modes with a spin bath
在本文中，我们解决了受保护的手征模式的稳定性问题（例如，在二维拓扑绝缘体的边界处的螺旋边缘状态）。也就是说，我们研究了当系统与环境之间存在不同的相互作用通道时，后向散射振幅的变化。根据库仑和自旋自旋通道的相对强度，我们发现三种不同的可能制度。虽然库仑相互作用本身自然地放大了背散射并破坏了手性模式的保护，并且自旋-自旋通道略微抑制了背散射，但它们的相互作用可以使背散射过程严格无关，从而打开了使用外部自旋浴作为稳定剂的可能性，该稳定剂消除了破坏性影响并恢复了手性保护。
2018-07-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Evanescently coupled topological ring-waveguide systems for chip-scale ultrahigh frequency phononic circuits
本文提出芯片级拓扑环-波导耦合系统，利用倏逝耦合和谷赝自旋极化实现超高频微波声子的背向散射免疫传输、谐振环流及临界耦合阻断，为经典与量子信号处理提供新途径。
2023-10-06 cond-mat.mes-hall
Edge stability and edge quantum criticality in 2D interacting topological insulators
二维拓扑绝缘体（TI）中螺旋边缘态对强相互作用的鲁棒性仍然是一个有趣的问题。在这里，通过执行第一个无符号量子蒙特卡罗（QMC）模拟的Kane-Mele-Hubbard-Rashba模型，该模型描述了一个相互作用的2D TI与两个粒子的背散射的边缘，我们验证了无间隙的螺旋边缘状态是强大的对有限范围的两个粒子的背散射时，库仑排斥不强。然而，当库仑排斥足够强时，螺旋边缘态可以通过无穷小的两粒子背散射而被带隙，导致边缘磁有序。我们进一步揭示了磁边量子临界点（EQCP）的普遍性质。在边缘的磁畴壁上，我们发现出现了e/2的分数电荷。我们的研究结果的影响，最近的输运实验中的InAs/GaSb量子阱，这是一个二维TI与强相互作用，也将被讨论。
2017-06-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Topological-chiral magnetic interactions driven by emergent orbital magnetism
200年前，安德烈-玛丽·安培发现，由穿透性磁场产生的电子流形成的电回路可以相互作用。在这里，我们表明，安培的观察可以转移到量子领域之间的相互作用的三角形格子上的自旋，在原子尺度上的电流与一种特殊类型的轨道运动的电子在响应于非共面的相邻自旋发挥作用的磁场。由此产生的拓扑轨道矩的基础上的自旋结构的拓扑结构的轨道动力学的关系。我们证明了拓扑轨道矩之间的相互作用以及与底层晶格自旋的相互作用产生了一类新的磁相互作用$-$拓扑手性相互作用$-$，它可以支配著名的Dzyaloshinskiiii-Moriya相互作用，从而为实现具有三维磁化织构的新型手性磁性材料（如磁hopfion）开辟了一条道路。
2020-01-24 cond-mat.mes-hall
Finite frequency backscattering current noise at a helical edge
具有足够各向异性的磁性杂质可以解释所观察到的2D拓扑绝缘体的边缘电导与预期量子化值的强烈偏差。在这项工作中，我们考虑这样一个螺旋边缘耦合到稀释杂质与任意自旋$S$和一般形式的交换矩阵。我们计算了在有限的频率作为温度和施加的偏压的函数的后向散射电流噪声。我们发现，除了在零频率的洛伦兹共振，后向散射电流噪声功能Fano型共振在非零频率。共振的宽度由相应的科林加率的频谱控制。在一个固定的频率的反向散射电流噪声具有非单调的行为作为偏置电压的函数。
2020-07-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Effect of dilute magnetism in a topological insulator
三维拓扑绝缘体作为量子物质的一种特殊状态，在凝聚态物理中引起了人们极大的兴趣。三维TI的表面由无质量的狄拉克锥组成，其特征在于Z2拓扑不变量。在TI表面引入磁性是实现量子反常霍尔效应（QAHE）等新的磁电现象的必要条件。在这里，通过使用组合的第一性原理计算，磁输运，角分辨光电子能谱（ARPES），和时间分辨ARPES（tr-ARPES），我们研究了钆（Gd）掺杂的Sb 2 Te 3的电子性质。研究表明，Gd掺杂的Sb_2 Te_3是一种自旋轨道诱导的体带隙材料，其表面具有单一的拓扑表面态。我们进一步证明，通过Gd掺杂将稀释的4f-电子磁性引入到Sb 2 Te 3拓扑绝缘体系统中，在该系统中产生表面磁性。我们的研究结果为研究掺杂拓扑材料中稀磁与拓扑结构之间的相互作用提供了一个新的平台。
2020-06-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Mesoscopic transport in two-dimensional topological insulators
拓扑态由于具有许多有趣的输运性质而引起了人们的广泛关注。特别地，二维拓扑绝缘体（2D TI）具有无带隙的反向传播导电边缘通道，具有相反的自旋，其在拓扑上被保护免受反向散射。两个基本特征应该确认弹道边缘通道在亚微米极限的存在：4端电导预计将被量化在通用值$2e^{2}/h$，和非本地信号应该出现由于沿样品边缘的净电流，携带的螺旋状态。另一方面，对于较长的通道的电导已被发现偏离量化值。本文综述了零磁场下基于碲化汞量子阱的二维拓扑绝缘体（2D-TI）输运的实验和理论研究工作。我们提供了一个概述的基本机制预测偏离量子化运输由于反向散射（伴随着自旋翻转）之间的螺旋通道。我们讨论了该模型的细节，它考虑到了边缘和散装的总电流的贡献，并再现了实验结果。
2019-10-10 cond-mat.mes-hall
Chiral and Topological Orbital Magnetism of Spin Textures
使用半经典的格林函数形式主义，我们发现出现的手性和拓扑轨道磁性在二维手性自旋纹理明确找到的轨道磁化的修正，成比例的纹理的梯度的权力。我们表明，在自旋轨道耦合的情况下，由此产生的轨道力矩可以理解为电子响应与实空间Berry曲率的新兴磁场。通过参考Rashba模型，我们证明了通过调整表面系统的参数，在自旋纹理中涌现的轨道磁性的工程可以为轨道电子学中的新概念铺平道路。
2017-06-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Topological contribution to magnetism in the Kane-Mele model: An explicit wave function approach
在我们以前的出版物[S。Ozaki和M. Ogata，Phys. Rev. Research 3，013058]，对于Kane-Mele模型，使用Dirac点周围的展开，示出了磁化率中的轨道-塞曼（OZ）交叉项或自旋塞曼和轨道效应的交叉项的量子化。在本研究中，我们准确地评估轨道，自旋塞曼，和OZ交叉项的凯恩-梅勒模型使用最近开发的配方。这个公式是写在明确的布洛赫波函数，并使我们能够评估每个贡献，考虑到整个布里渊区的积分和求和的所有频带。此外，我们的计算结果证实了OZ交叉项的量子化，并揭示了它在金属情况下的行为。实验检测的量化的可能性进行了讨论。
2022-04-21 cond-mat.mes-hall
Helical edge transport in the presence of a magnetic impurity: the role of local anisotropy
二维拓扑绝缘体的螺旋边缘模被认为是不受时反不变弹性后向散射影响的。然而，通常在实验中观察到与理想电导的实质性偏差，直到非常低的温度。为了解决这个难题，我们考虑了一个单一的磁性杂质与任意自旋的螺旋边缘输运的效果。我们考虑杂质和边缘电子之间的交换相互作用的最一般的结构。此外，我们首次考虑了杂质的局部各向异性，并表明它在很宽的电压和温度范围内强烈影响背散射电流。我们发现，存在的局部各向异性的背散射电流的灵敏度是不同的半整数和整数值的杂质自旋。在后一种情况下，各向异性可以显著增加对电流的后向散射校正。
2019-02-08 cond-mat.mes-hall
Topological phonons in an inhomogeneously strained silicon-4: Large spin dependent thermoelectric response and thermal spin transfer torque due to topological electronic magnetism of phonons
非均匀应变硅与金属双层结构中，弯电子掺杂与拓扑声子的叠加导致声子的拓扑电子磁性。在铁磁金属和Si双层结构的情况下，挠曲电子掺杂也将产生更大的自旋电流，这将导致由于声子的拓扑电子磁性而导致的大的自旋到电荷转换。通过在施加的应变梯度下向铁磁金属/Si双层结构施加温度差，可以产生大的热电响应。在这项实验研究中，我们报告了一个大的自旋相关的热电响应在Ni 80 Fe 20/Si双层结构。自旋相关的响应被发现是一个数量级大于Pt薄膜和类似的拓扑绝缘体表面状态，尽管可以忽略不计的内在自旋轨道耦合的Si。这种大的响应归因于声子的挠曲电子掺杂和拓扑电子磁性，这是使用拓扑能斯特效应测量发现的。这种使用非均匀应变工程来解决自旋电流密度和自旋到电荷转换的替代和新颖的方法可以为使用金属和掺杂半导体层状材料实现自旋电子学和自旋热电子学器件打开新的窗口。
2021-10-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Two-spin entanglement induced by scattering of backscattering-free chiral electrons in a chern insulator
在有限拓扑非平凡的Chern绝缘体中存在鲁棒手征边态是体-边界对应的结果。在本文中，我们提出了一个基于格点格林函数的理论框架来研究这种手征边缘电子被单个局域杂质散射。为此，在第一步中，我们考虑了标准的拓扑Halfton模型的蜂窝晶格与带状几何。我们得到了低能手征态的波函数及其相应的能量色散的解析表达式。然后，我们采用$T$ -矩阵Lippmann-Schwinger方法，明确地显示对杂质散射的手征边缘状态的鲁棒性。这个无后向散射的过程有一个有趣的性质，即透射波函数获得了一个额外的相位因子。虽然这个附加的相位因子不影响通过手征信道的量子输运，但是它可以携带量子信息。作为这种量子信息传输的一个例子，我们通过手征电子的无耗散散射研究了Chern绝缘体中两个磁性杂质的纠缠。
2019-11-03 cond-mat.mes-hall quant-ph
Lifting the spin-momentum locking in ultra-thin topological insulator films
本研究以(Bi$_{0.16}$Sb$_{0.84}$)$_2$Te$_3$薄膜为对象，用四针尖扫描隧道显微镜发现临界厚度下电导率指数下降，证实表面态杂化引发的自旋守恒背散射解除自旋-动量锁定并打开狄拉克点能隙，为探测量子自旋霍尔态提供关键实验支撑。
2021-06-11 cond-mat.mes-hall
Chirality-driven orbital magnetic moments as a new probe for topological magnetic structures
当电子被驱动通过非常规的磁性结构，如skyrmions，它们会经历产生几个霍尔效应的电磁场。独立地，基态突现磁场也可以导致轨道磁性，即使没有自旋-轨道相互作用。霍尔效应和轨道磁化的几何理论之间的密切相似性提出了一个问题：Skyrmion是否显示拓扑轨道磁性？在这里，我们首先解决最小的系统与非零涌现的磁场，三聚体，从第一性原理表征的轨道磁性。基于这种认识，我们研究了skyrmions的轨道磁性，并证明了由突现磁场驱动的贡献是拓扑的。这意味着，在磁结构的连续变形下，对轨道矩的拓扑贡献不会改变。此外，我们用它提出了一个新的实验方案，拓扑磁结构的识别，软X射线光谱。
2016-09-23 cond-mat.mes-hall
Frustrated Topological Orbital Magnetism
University of Cambridge（剑桥大学）；Max-Planck-Institut für Physik komplexer Systeme（马克斯·普朗克复杂系统物理研究所）
该研究探讨三维几何阻挫与Aharonov-Bohm磁通的相互作用，提出受挫拓扑轨道磁性概念，发现其关联的拓扑节点线、轨道电流模式可诱导霍尔效应，并给出实验验证该磁序的特征。
2026-10-12 cond-mat.mes-hall quant-ph
Einstein-de Haas effect: a bridge linking mechanics, magnetism, and topology
本文展望Einstein-de Haas效应，从微观机制、拓扑系统表现及手性选择性磁振子-声子耦合三方面梳理进展，推动其在自旋电子学等领域的应用探索。
2025-02-15 cond-mat.mes-hall
