研究了典型拓扑绝缘体Sb $_2$ Se $_3$，Sb $_2$ Te $_3$，Bi $_2$ Se $_3$，和块体形式的Bi $_2$ Te $_3$，在最大定域Wannier基下，利用密度泛函理论和线性响应理论，从第一性原理计算了结果表明，在费米能级附近，存在一个100- 200（$\hbar$ /2 e）（S/cm）的有限自旋霍尔电导率。虽然所得值比重金属小一个数量级，但由于其相对较低的纵向电导率，它们显示出相当的自旋霍尔角。自旋霍尔角为不同的化合物，然后比较最近的实验拓扑绝缘体/铁磁体异质结构。的比较表明，在产生自旋电流，从而在磁化切换应用中的自旋扭矩的散装的作用是可比的表面，包括自旋动量锁定的表面状态和Rashba-Edelstein效应在界面处。
英文摘要：
The intrinsic spin Hall conductivity of typical topological insulators Sb$_2$Se$_3$, Sb$_2$Te$_3$, Bi$_2$Se$_3$, and Bi$_2$Te$_3$ in the bulk form, is calculated from first-principles by using density functional theory and the linear response theory in a maximally localized Wannier basis. The results show that there is a finite spin Hall conductivity of 100--200 ($\hbar$/2e)(S/cm) in the vicinity of the Fermi energy. Although the resulting values are an order of magnitude smaller than that of heavy metals, they show a comparable spin Hall angle due to their relatively lower longitudinal conductivity. The spin Hall angle for different compounds are then compared to that of recent experiments on topological-insulator/ferromagnet heterostructures. The comparison suggests that the role of the bulk in generating a spin current and consequently a spin torque in magnetization switching applications is comparable to that of the surface including the spin-momentum locked surface states and the Rashba-Edelstein effect at the interface.
Magnetic-field-induced quantized anomalous Hall effect in intrinsic magnetic topological insulator MnBi$_2$Te$_4$
在磁性拓扑绝缘体中，非平凡能带拓扑与磁序合谋产生奇异的物质态，最好的例子是量子反常霍尔（QAH）绝缘体和轴子绝缘体。到目前为止，这种磁性拓扑绝缘体是通过在拓扑绝缘体中掺杂磁性原子而获得的。然而，无规磁性掺杂剂不可避免地引入阻碍材料中量子效应的进一步探索的无序。在这里，我们解决了这个困境，通过探测量子输运在MnBi $_2$ Te $_4$薄片-一个拓扑绝缘体与内禀磁秩序。在这种层状范德华晶体中，铁磁层彼此反平行耦合，因此MnBi $_2$ Te $_4$是反铁磁体。磁场，然而，对齐所有的层，并诱导层间铁磁秩序，我们发现，量子化的异常霍尔响应出现在原子薄的MnBi $_2$ Te $_4$在一个中等的磁场。因此，MnBi $_2$ Te $_4$成为第一个表现出量子化反常霍尔效应的本征磁性拓扑绝缘体。这一结果确立了MnBi $_2$ Te $_4$作为进一步探索各种拓扑现象的理想场所。
Spin-Hall Topological Hall Effect in Highly Tunable Pt/Ferrimagnetic-Insulator Bilayers
拓扑磁纹理，如skyrmions的电检测目前仅限于导电材料。虽然磁性绝缘体为Skyrmion技术提供了高速和低损耗的关键优势，但它们尚未被电探索。在这里，我们报告了一个突出的拓扑霍尔效应在Pt/Tm $_3$ Fe $_5$ O $_{12}$双层，其中原始的Tm $_3$ Fe $_5$ O $_{12}$外延膜的厚度下降到1.25单位电池允许调谐拓扑霍尔稳定性在很宽的范围内从200到465 K通过原子尺度的厚度控制。虽然Tm $_3$ Fe $_5$ O $_{12}$是绝缘的，我们证明了通过一种新的现象：“自旋霍尔拓扑霍尔效应”（SH-THE），其中界面自旋轨道扭矩允许自旋霍尔效应产生的自旋在Pt中经历独特的拓扑结构的底层skyrmions在Tm $_3$ Fe $_5$ O $_{12}$的拓扑磁纹理的检测。这种新颖的电检测现象为在未来的skyrmion技术中利用大家族的磁性绝缘体铺平了新的道路。
Exploring interfacial exchange coupling and sublattice effect in heavy metal/ferrimagnetic insulator heterostructures using Hall measurements, x-ray magnetic circular dichroism, and neutron reflectometry
Quantum spin Hall insulators in centrosymmetric thin films composed from topologically trivial BiTeI trilayers
量子自旋霍尔绝缘体预测十年前，现在实验观察到的是有助于突破纳米电子学，由于非耗散的自旋极化电子输运通过其边缘。为了在正常条件下持续这种传输，绝缘体应该在稳定的拓扑相中具有足够大的带隙。在这里，我们从理论上表明，量子自旋霍尔绝缘体可以实现在超薄膜构造从一个平凡的带绝缘体与强自旋轨道耦合。最薄的薄膜，具有足够大的反向间隙的实际应用是一个中心对称的六重层建立了两个反向堆叠的非中心对称的BiTeI三层。这个非平凡的六重层原来是人工设计的强三维拓扑绝缘体Bi $_2$ Te $_2$ I $_2$的结构元素。我们揭示了拓扑绝缘体如何由BiTeX家族（X=I，Br，Cl）的结构元素组成的一般原理，这为拓扑相的工程设计开辟了新的视角。
Designing in-plane heterostructures of quantum spin hall insulators from first principles: 1T'-MoS2 with adsorbates
正常和拓扑绝缘体之间的界面被绑定到主机金属状态的时间反演对称性的保护，因此对无序和界面重建鲁棒。二维拓扑绝缘体（量子自旋霍尔绝缘体）提供了通过吸附原子或分子来改变局部拓扑的独特机会，因此构成了用于设计拓扑异质结构的理想平台。在这里，我们应用第一性原理计算表明，量子自旋霍尔绝缘体1 T '-MoS 2在吸附各种原子时表现出向平凡绝缘体的相变。然后，它表明，一维金属边界状态确实出现在带状几何形状的交替区域和不吸附氧，这些边界状态一般构成简单的线性连接之间的价带和导带。这与拓扑边缘状态形成鲜明对比，拓扑边缘状态通常表现出对特定边缘终止敏感的强色散。异质结构也暗示了在1 T '-MoS 2片中的一维金属网络的简单设计。
Large Anomalous Hall Effect in Topological Insulators with Proximitized Ferromagnetic Insulators
报道了由铁磁绝缘体Cr2 Ge 2 Te 6和拓扑绝缘体（Bi，Sb）2 Te 3组成的全碲化物异质结构中邻近驱动的大反常霍尔效应.尽管在（Bi，Sb）2 Te 3层的磁化小，异常霍尔电导率达到0.2e2/h的大值，符合铁磁响应的Cr2 Ge 2 Te 6。结果表明，拓扑绝缘体的表面态与邻近层Cr2 Ge 2 Te 6之间的交换耦合是有效的，并且足够强，可以打开表面态的交换能隙.
Beijing Normal University（北京师范大学）；Renmin University of China（中国人民大学）；Ningbo University（宁波大学）；Qufu Normal University（曲阜师范大学）；Hefei National Laboratory（合肥国家实验室）
Quantized Anomalous Hall Effect in Magnetic Topological Insulators
霍尔效应、反常霍尔效应和自旋霍尔效应分别是由洛伦兹力和自旋轨道耦合引起的固体中的基本输运过程。近年来，人们发现了量子形式的霍尔效应和自旋霍尔效应。然而，量子化反常霍尔（QAH）效应尚未在实验上实现。在QAH绝缘体中，自发磁矩和自旋-轨道耦合结合产生拓扑非平凡的电子结构，导致量子化的霍尔效应而无需任何外部磁场。在这项工作中，基于最先进的第一性原理计算，我们预测的辉碲铋矿半导体Bi $_2$ Te $_3$，Bi $_2$ Se $_3$，和Sb $_2$ Te $_3$形成磁有序的绝缘体时，掺杂过渡金属元素（Cr或Fe），在鲜明对比，传统的稀磁半导体中，自由载流子是必要的调解磁耦合。二维薄膜中的磁序产生了以有限的陈数为特征的拓扑电子结构，具有量子化的霍尔电导$e^{2}/h$。长期追求的QAH绝缘体状态的实验实现可以在室温下实现稳健的无耗散电荷传输。
Effect of lattice geometry on magnon Hall effect in ferromagnetic insulators
本文研究了各种铁磁绝缘体磁振子的热霍尔效应。对于烧绿石铁磁绝缘体Lu $_2$ V $_2$ O $_7$、Ho $_2$ V $_2$ O $_7$和In $_2$ Mn $_2$ O $_7$，在居里温度$T_C$以下已经观察到有限的霍尔热导率。从温度和磁场的依赖性，得出结论，磁振子是负责的热霍尔效应。基于Dzyaloshinskiii-Moriya（DM）相互作用引起的动量空间Berry曲率的理论可以很好地解释磁振子的霍尔效应。该分析已扩展到具有钙钛矿结构的过渡金属（TM）氧化物。La $_2$、NiMnO $_6$和YTiO $_3$具有畸变的钙钛矿结构，晶胞中含有四个TM离子，热霍尔信号不存在或小得多。另一方面，在另一种铁磁钙钛矿氧化物BiMnO $_3$中，在$T_C$以下可辨别有限的热霍尔响应，其显示具有较大晶胞的轨道有序。烧绿石和钙钛矿绝缘体系中热霍尔效应的存在与否反映了DM诱导磁振子霍尔效应的几何和拓扑特征。
Quantum-Hall to Insulator Transition in Ultra-low-carrier-density Topological Insulator Films and a Hidden Phase of the Zeroth Landau Level
在磁场作用下的拓扑表面态的一个关键特征是在零能量处存在第零朗道能级。尽管如此，探测第零朗道能级一直具有挑战性，因为大的电子空穴水坑涂抹了它的能量景观。在这里，通过开发超低载流子密度的拓扑绝缘体Sb $_2$ Te $_3$薄膜，我们能够达到一个极端的量子极限的拓扑表面状态，并揭示了一个隐藏的相位在零朗道水平。首先，我们发现了一个意想不到的量子霍尔到绝缘体的转变附近的零朗道水平。然后，通过详细的标度分析，我们发现这种量子霍尔到绝缘体的转变属于一个新的普适类，这意味着这里发现的绝缘相具有与非拓扑系统中的绝缘相根本不同的起源。
