Pure spin currents in magnetically ordered insulator/normal metal heterostructures
纯自旋电流，即没有伴随电荷电流的角动量的传输，从基础和应用的角度来看，代表了现代自旋电子学中一个新的，有前途的途径。这种纯自旋电流不仅可以通过移动的载流子在电导体中流动，而且可以作为自旋激发量子流在磁有序的电绝缘体中流动。在过去的几年中，在由磁有序绝缘体与正常金属界面组成的异质结构中已经获得了显着的结果，其中纯自旋电流流过界面。这篇专题评论文章涉及磁有序绝缘体中纯自旋电流的基本原理、实验发现和最新发展。在这里，我们把我们的重点放在四个不同的表现形式的纯自旋电流在这样的异质结构：自旋泵效应，纵向自旋Seebeck效应，自旋霍尔磁阻和全电检测的磁振子输运在非本地设备的概念。在这篇文章中，我们利用一个共同的理论框架来解释所有四种效应，并解释实验中使用的重要材料系统（特别是稀土铁石榴石）。对于每种效应，我们介绍了基本的测量技术和检测方案，并讨论了它们在实验中的应用。我们通过报告每个领域的最新进展和讨论我们小组的研究重点来说明在每个领域取得的显著进展。最后，我们总结了评论文章展望未来的挑战和障碍，在磁有序绝缘体/正常金属异质结领域的纯自旋电流。
2018-02-23 cond-mat.mes-hall
Three-dimensional Models of Topological Insulator Films: Dirac Cone Engineering and Spin Texture Robustness
我们设计了拓扑绝缘体薄膜的三维模型，显示了由边界处的原子尺度几何驱动的相对表面上的奇数个狄拉克锥的可调谐性。这使得能够在$Γ$点处产生单个狄拉克锥，以及当相对表面在几何上不同时，可能抑制相对表面处的狄拉克态之间的量子隧穿（和间隙形成）。表面态的自旋织构被发现从自旋动量锁定对称性的一个渐进的损失，在引入体无序，相关的渗透的边界状态内的散装表面自旋极化的变化。这些发现说明了丰富的狄拉克物理出现在薄膜的拓扑绝缘体，并可能证明工程狄拉克锥和量化的超净表面的材料中的体无序有用。
2012-10-24 cond-mat.mes-hall
Observation of chiral currents at the magnetic domain boundary of a topological insulator
三维拓扑绝缘体表面上的磁畴边界被预测为手征边缘态，但直接证明是具有挑战性的。在这里，我们使用了扫描超导量子干涉装置，以显示电流在磁化EuS/Bi 2Se 3异质结构的边缘流动时，费米能级是门调谐到表面带隙。我们进一步在异质结上诱导出微米尺度的磁性结构，并在磁畴边界检测到手性边缘电流。电流的手性由周围畴的磁化强度决定，其大小由局部化学势而不是所施加的电流决定。这种磁性结构提供了用于检测拓扑磁电效应的平台，并且可以实现量子信息处理和自旋电子学的进步。
2015-08-14 cond-mat.mes-hall
Fractionalized Topological Insulators
拓扑绝缘体已经成为凝聚态物理研究的一个重要课题，并提出了一些新的应用。虽然现在有许多这类材料的实验例子，但它们都可以用基于电子能带结构的理论来描述，这意味着它们不具有足够强的电子相关性来从根本上改变这种理论描述。在这里，我们回顾了最近的理论进展中描述的一类强相关的拓扑绝缘体-分数的拓扑绝缘体-带理论急剧失败，由于到其他自由度的电子的分数。
2015-10-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Progress and prospects in magnetic topological materials
磁性拓扑材料代表了一类化合物，其性质受到与磁自旋构型耦合的电子波函数的拓扑结构的强烈影响。这种材料可以支持完美传导的手性电子通道，并且可以用于从信息存储和控制到无耗散自旋和电荷传输的一系列应用。本文综述了磁性拓扑材料的理论和实验研究进展，从无朗道能级的量子反常霍尔效应的理论预测开始，到磁性外尔半金属和反铁磁拓扑绝缘体的发现。我们概述了最近的理论进展，导致在制表，第一次，所有磁对称群表示和拓扑结构。我们描述了几个实验实现陈省身绝缘体，外尔和狄拉克磁性半金属，以及一系列的轴子和高阶拓扑相位的物质，以及调查未来的前景。
2022-03-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
Universal Conductance Fluctuations of Topological Insulators
拓扑绝缘体（TI）是一种奇异的量子凝聚态，是一种具有Dirac型导电表面态的体绝缘材料。这种拓扑表面态（TSS）的无耗散输运受到时间反演对称性的保护，这导致了在自旋电子学和量子计算中的潜在应用。理解狄拉克费米子的拓扑辛输运是研究和设计TI基器件的关键问题。本文介绍了近年来有关TSS普适电导涨落的研究进展。首先，我们报道了TI中的二维UCF现象，并通过变角度、面内场调谐和标度分析对UCF进行了研究，证明了其拓扑性质。其次，我们讨论了在TI中UCF的统计对称性。对于单个TSS，所施加的磁场将驱动系统从高斯辛系综变为高斯么正系综。这导致UCF振幅增加2^0.5倍。然而，实验揭示了UCF振幅的2^0.5倍的减小。这与理论预测相矛盾。实际上，存在两个TSS，并且它们在TI中彼此相干耦合，因为样品的厚度小于其体失相长度。这导致了高斯正交系综的界面耦合系统，没有外部场。在这种情况下，UCF振幅将随着场的增加而减小2^0.5倍。这与实验结果是一致的。最后，还讨论了UCF的其他研究进展。
2017-10-22 cond-mat.mes-hall
Ferroic Berry Curvature Dipole in a Topological Crystalline Insulator at Room Temperature
与Berry曲率有关的物理是当前凝聚态物理的一个中心研究课题。Berry曲率偶极（BCD）是一种重要而有趣的凝聚态现象，涉及反转对称性破缺。然而，BCD的产生和可控性迄今为止被限制在远低于室温（RT）和非挥发性（即，铁性）BCD尚未被发现，阻碍了拓扑物理学的进一步发展。在这项工作中，我们证明了一个可切换的和非易失性BCD效应在RT拓扑晶体绝缘体，Pb 1-xSnxTe（PST），这是由于铁性畸变。令人惊讶的是，铁性BCD的数量级比非铁性BCD的数量级大几个数量级，例如在过渡金属二硫属化物中。在PST中发现这种铁性的超大BCD可以为拓扑材料科学和新型拓扑器件工程的进一步发展铺平道路。
2023-03-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Bulk-Free Topological Insulator Bi2Se3 nanoribbons with Magnetotransport Signatures of Dirac Surface States
拓扑绝缘体（TI）的许多应用以及新现象需要具有减小的尺寸的器件。虽然已经取得了很大的进展，实现薄膜的TI具有低的体载流子密度，纳米结构还没有报道具有类似的性能，尽管事实上，尺寸限制应有助于减少贡献的体载流子。在这里，我们证明了Bi2Se3纳米带，生长通过一个简单的无催化剂的物理气相沉积，具有固有的低体载流子密度，并可以进一步通过尺寸限制散装自由，从而揭示了高流动性的拓扑表面状态。磁输运和霍尔电导测量，在单一的纳米带，表明，在厚度低于30 nm的体输运被完全抑制，这是支持自洽的带弯曲计算。结果突出了材料生长和几何约束的重要性，以适当地利用拓扑表面状态的独特性质。
2019-03-22 cond-mat.mes-hall
Signatures of Topological Superconductivity in Bulk Insulating Topological Insulator BiSbTe$_{1.25}$Se$_{1.75}$ in Proximity with Superconducting NbSe$_2$
在s波超导体和三维拓扑绝缘体（3D-TI）之间的界面处，超导性和自旋动量锁定的组合被预测将产生可以容纳Majorana费米子的奇异p波拓扑超导相。然而，以前研究的3D-TI样品的大体积电导率和3D大块超导体与2D拓扑表面状态之间的费米能级失配阻碍了重大进展。在这里，我们采用块状绝缘拓扑绝缘体与二维超导体NbSe $_2$通过范德华外延组装。实验测得的微分电导产生不寻常的功能，包括双间隙频谱，一个固有的不对称性，消失与小的平面内磁场和微分电导纹波的偏置显着大于超导能隙。我们解释我们的结果的基础上的邻近诱导超导的拓扑表面状态，同时也考虑拓扑平凡的超导性所产生的Rashba型表面状态的可能性。我们的工作表明，获得p-波超导体的邻近效应体绝缘TI的可能性。
2019-11-17 cond-mat.mes-hall
Topological Crystalline Insulators and Topological Superconductors: From Concepts to Materials
本文综述了拓扑绝缘体以外的拓扑材料的最新研究进展，特别是拓扑晶体绝缘体和体相拓扑超导体。阐述了这些新拓扑材料的基本概念、模型哈密顿量和新颖的电子性质。的关键作用的对称性，其拓扑性质的基础上阐明。讨论了它们在材料实现中的关键问题。
2015-01-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Observation of Ultrahigh Mobility Surface States in a Topological Crystalline Insulator by Infrared Spectroscopy
拓扑晶体绝缘体（TCI）具有晶体对称性保护的金属表面态，是探索拓扑现象和潜在应用的通用平台。然而，在这一领域的进展受到阻碍的挑战，探测光学和输运性质的表面状态，由于散装载体的存在。在这里，我们报告的TCI，（001）取向的$Pb_{1-x}Sn_{x}Se$在零和高磁场的红外（IR）反射率测量。我们表明，远红外电导率出乎意料地占主导地位的表面状态作为其独特的能带结构和随之而来的小红外穿透深度的结果。此外，我们的实验产生的表面迁移率为40000 $cm^{2}/(Vs)$，这是拓扑材料中报道的最高值之一，这表明在薄TCI晶体的表面占主导地位的导电的可行性。这些发现为探索许多奇异的输运和光学现象以及预测的TCI应用铺平了道路。
2017-10-16 cond-mat.mes-hall
Collinear altermagnetism for 3D chiral higher-order topological insulators
Stony Brook University（石溪大学）；Flatiron Institute（平顿研究所）
该研究提出利用共线交替磁性构建三维手性高阶拓扑绝缘体的微观模型，通过分析计算实现手性铰链通道，为在真实材料中发现受$C_4\boldsymbol{\tau}$保护的HOTI开辟了新途径。
2026-08-31 cond-mat.mes-hall
Topological insulators from the Perspective of first-principles calculations
拓扑绝缘体是一种新的量子态，它具有螺旋形的无带隙边缘态或表面态，这些拓扑表面态对晶格畸变和非磁性杂质等弱的时间反演不变扰动具有很强的鲁棒性。近年来，各种各样的拓扑绝缘体已被理论预测和实验观测。第一性原理计算已被广泛用于预测拓扑绝缘体，并取得了巨大的成功。本文从第一性原理计算的角度综述了该领域的研究进展。首先，简要介绍了拓扑绝缘体的基本概念和第一性原理计算中常用的计算方法。其次，总结了寻找新型拓扑绝缘体的一般方法。最后，基于碲化汞的能带反转图，我们将拓扑绝缘体分为s-p、p-p和d-f三类，并讨论了每类拓扑绝缘体的典型例子。
2012-09-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Intrinsic magnetic topological insulators
在拓扑绝缘体中引入磁性破坏了时间反演对称性，并且磁交换相互作用可以在原本无间隙的拓扑表面状态中打开间隙。这允许产生各种新颖的拓扑量子态，包括量子反常霍尔效应（QAHE）和轴子绝缘体态。磁性掺杂和磁性邻近被认为是探索拓扑结构和磁性之间相互作用的有用手段。然而，磁性掺杂的不均匀性导致了复杂的磁有序和小的交换能隙，因此所观察到的QAHE仅在超低温下出现。因此，内禀磁性拓扑绝缘体对于提高QAHE的工作温度和进一步研究拓扑量子现象具有重要意义。这些系统的实现和表征对于基础物理学和潜在的技术革命都至关重要。综述了近年来内禀磁性拓扑绝缘体的研究进展，重点介绍了反铁磁拓扑绝缘体MnBi 2 Te 4及其系列材料。
2021-02-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Clarifying ultrafast carrier dynamics in ultrathin films of the topological insulator Bi2Se3 using transient absorption spectroscopy
超快载流子动力学的拓扑绝缘体Bi 2 Se 3最近被深入研究，使用各种技术。然而，我们不知道任何成功的实验利用瞬态吸收（TA）光谱用于这些目的。在这里，我们证明，如果~730 nm波长的泵浦（~1.7 eV的光子能量）施加到Bi 2Se 3薄膜，TA光谱覆盖整个可见光区，从而明确地指向双光子激发（~3.4 eV）。载流子弛豫动力学被发现是由极性光学声子级联发射发生在体状态和狄拉克表面状态（SS），包括SS-体-SS的垂直电子输运，也完全由狄拉克点之间的狄拉克锥较高的能量（~1.5 eV）狄拉克SS（称为SS 2）的影响。我们已经认识到，SS 2作为一个阀门，大大减缓了电子的弛豫时，狄拉克锥之间的间隙超过极性光学声子和共振缺陷的能量。由此产生的逐步积累的电子在带隙的SS 2变得可检测通过逆韧致辐射型自由载流子吸收。
2021-05-28 cond-mat.mes-hall
Topological insulators and semimetals in classical magnetic systems
研究自然和人工材料中的拓扑相是现代物理科学和工程的中心课题之一。在经典磁系统中，自旋波（或磁振子）和磁孤子（如畴壁、涡旋、Skyrmion等）代表了两种重要的激发。近年来，磁振子和孤子晶体（或超材料）中的拓扑绝缘体和半金属态由于其有趣的动力学特性和在设计稳健的自旋电子器件方面的应用前景而引起了越来越多的关注。本文综述了结构经典磁学中拓扑相的研究进展。本文首先简要介绍了自旋波，讨论了自旋波的拓扑性质，包括磁振子霍尔效应、拓扑磁振子绝缘体和狄拉克（外尔）磁振子半金属。提出了拓扑磁振子器件的设想。然后，我们回顾集体坐标方法描述磁孤子晶格的动力学。阐述了教学拓扑模型如Su-Schrieffer-Heeger模型和Haldinger模型及其在磁孤子晶体中的表现。然后，通过对低维系统中的一阶拓扑绝缘相和呼吸晶体中的高阶拓扑态的理论分析，重点研究了磁孤子的拓扑性质。最后，我们讨论了磁子晶体和孤子晶体中边缘态的实验实现和探测。在结束本文之前，我们评论了挑战和未来前景。
2020-11-19 cond-mat.mes-hall
Monolayer Topological Insulators: Silicene, Germanene and Stanene
本文报道了单层拓扑绝缘体的理论研究进展，包括硅烯、锗烯和锡烯，它们分别是硅、锗和锡的单层蜂窝结构。由于自旋轨道相互作用，它们表现出自然界中的量子自旋霍尔效应。通过施加垂直电场可以调节带隙，从而引起拓扑相变。我们还分析了一般蜂窝系统的拓扑性质以及拓扑绝缘体的分类。明确地确定了蜂窝体系中拓扑绝缘体和超导体的相图。我们还研究了拓扑电子学，包括拓扑场效应晶体管，拓扑基尔霍夫定律和拓扑自旋谷电子学。
2015-03-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Magnetically Ordered Insulators for Advanced Spintronics
磁有序的电绝缘材料为新型自旋电子器件铺平了道路。在这些材料中，磁激子（如磁振子）的流动导致纯自旋电流。这些自旋电流可以由自旋化学势和/或温度的梯度驱动，使得它们可以在新型自旋电子器件中起到与传统电子电路中的电荷电流相同的作用。连接基于自旋电流的器件和基于电荷电流的器件需要自旋到电荷的相互转换。这是通过自旋霍尔效应实现的，其效率为几个10%。材料开发和纯自旋电流物理学的理解的最新进展开辟了大量的新器件概念和基础研究的机会。
2017-12-22 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Electrically controlled long-distance spin transport through an antiferromagnetic insulator
自旋电子学使用自旋，电子的固有角动量，作为电子电荷的替代。其长期目标是开发超越摩尔的低功耗技术设备。最近的进展证明了自旋信号在铁磁绝缘体中的长距离传输。然而，反铁磁有序材料是最常见的一类磁性材料，与铁磁系统相比具有几个关键优势。与后者相反，反铁磁体不表现出净磁矩，这使得它们稳定并且不受外部场的影响。此外，它们可以在THz频率下工作。虽然从根本上说它们的性质预示着自旋传输，但以前的间接观察表明，通过反铁磁体的自旋传输仅限于几纳米的短距离。利用自旋霍尔效应实现自旋注入，我们演示了自旋电流通过赤铁矿（α-Fe 2 O3）（最常见的反铁磁氧化铁）的长距离（超过几十微米）传播。我们利用界面自旋偏置和外加磁场调节反铁磁共振频率来控制自旋电流。这种简单的反铁磁绝缘体被证明可以在超过数十微米的距离上平行于补偿矩（Néel阶）传递自旋信息。这种新发现的机制可以像最适合的复杂铁磁体中的净磁矩一样有效地传输自旋。我们的研究结果为在室温和无磁场条件下工作的超快、低功耗反铁磁绝缘体自旋逻辑器件铺平了道路。
2018-05-07 cond-mat.mes-hall
Record Surface State Mobility and Quantum Hall Effect in Topological Insulator Thin Films via Interface Engineering
材料缺陷是制约拓扑绝缘体发展的主要瓶颈。特别是，努力实现薄TI样品与占主导地位的表面传输总是导致增加的缺陷和降低的迁移率，从而使其难以探测的拓扑表面状态的量子制度。在这里，通过利用一种新的缓冲层方案组成的In 2Se 3/（Bi0.5In0.5）2Se 3异质结构，我们介绍了一个数量级的迁移率比以前增强的Bi 2Se 3薄膜的量子代。该方案导致了在Bi 2 Se 3中首次观察到量子霍尔效应。
2015-11-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
On the topological surface states of the intrinsic magnetic topological insulator Mn-Bi-Te family
本文回顾了本征磁性拓扑绝缘体 Mn-Bi-Te 族的电子结构研究，重点探讨了实验中观察到的拓扑表面态 Dirac 锥近乎无能隙行为与理论预期的矛盾，并讨论了磁性重构与表面态重分布等解释机制，指出能带工程有望实现高温量子拓扑输运。
2022-11-08 cond-mat.mes-hall
Experimental Progress on Layered Topological Semimetals
本文综述了近年来层状拓扑材料的实验研究进展，重点介绍了过渡金属二硫属化合物的1 T、Td和1 T '结构相。它们的电子量子态非常丰富，而且许多都是拓扑非平凡的，如多层膜中的Dirac/Weyl半金属相和单层膜中的量子自旋Hall绝缘体相。内容涵盖了材料合成，基本表征，角分辨光电子能谱测量，传输和光学响应的最新主要进展。在此基础上，展望了拓扑物理与二维范德华层状异质结构的结合所带来的令人兴奋的未来可能性。
2019-02-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Topological insulators on complex networks
Seoul National University（首尔大学）；University of Seoul（首尔大学）
本研究提出无冲突设计框架，在复杂网络中实现拓扑绝缘体，揭示网络特有特征，确立网络复杂性为高容量可重构拓扑绝缘体的资源。
2026-10-05 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall physics.optics
Topological superconductivity in semiconductor-superconductor-magnetic insulator heterostructures
混合超导-半导体异质结构是实现拓扑超导体和探索马约拉纳束缚态物理的重要平台。最近的实验进展的动机，我们从理论上研究如何磁绝缘体提供了一种替代使用外部磁场达到拓扑政权。我们考虑不同的设置，其中：（1）磁性绝缘体在超导体中诱导交换场，这导致通过邻近效应在半导体中分裂，以及（2）磁性绝缘体充当超导体和半导体之间的自旋过滤隧道势垒。我们表明，在超导体中的自旋分裂单独不能诱导在半导体的拓扑转变。为了克服这一限制，我们建议使用自旋过滤屏障，增强磁交换，并提供了一个拓扑相变的机制。此外，自旋相关隧穿引入了对能带对准的强烈依赖，这在量子限制系统中可能是至关重要的。与需要外部磁场的先前设备相比，该机制打开了通向拓扑导线网络的路线，其中对设备几何形状的约束更少。
2021-03-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Fragile Insulator and Electronic Nematicity in a Graphene Moire System
强关联的量子物质表现出丰富多样的显著特性，但作为其行为基础的组织原则仍有待建立。石墨烯异质结构，它可以主机窄莫尔电子带放大相关效应，代表了一个新的设置，使这一首要问题的进展。在这样的相关莫尔系统中，绝缘状态是相图的突出特征，并且可能是理解基本物理的关键。在这里，我们提出了一个脆弱的绝缘体的概念，一个相关驱动的绝缘状态，是一个离域过渡到坏金属的边缘。使用一个现实的多轨道哈伯德模型作为窄带莫尔系统的原型，我们实现了这样一个脆弱的绝缘体，并证明在这种状态下，以及在附近的坏金属制度的一个有序。我们的结果与石墨烯莫尔系统中观察到的电子各向异性一致，并提供了对绝缘体被调谐为坏金属时发生的事情的自然理解。我们提出脆弱的绝缘体和伴随的坏金属作为竞争状态在整数填充，类似地锚定相关的莫尔系统的整体相图和超越。
2020-09-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Electrical Breakdown in a V2O3 device at the Insulator to Metal Transition
我们测量了V2O3薄膜微桥在绝缘体金属转变（IMT）处的电学性质。在电流电压特性（IV）中不连续地跳变到较低电压，随后是对于高电流的近似恒定的电压进展，这表明器件的电击穿。此外，IV曲线显示滞后和训练效应，即热循环后后续IV环与第一IV环不同。低温扫描电子显微镜（LTSEM）研究表明，整个器件的电击穿是由电热畴（ETD）的形成引起的，即器件中电流和温度的重新分布。相反，在纳米尺度下，电击穿导致单个畴的IMT。在一个数值模型中，我们认为这些域作为一个网络的电阻器，我们能够重现电热击穿以及滞后和培训效果的IV。
2012-11-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Towards a hybrid 3D transmon qubit with topological insulator-based Josephson junctions
该研究利用拓扑绝缘体约瑟夫森结构建混合3D transmon量子比特，通过系统表征和高质量腔体测量，探索栅极可调性与噪声鲁棒性等新功能。
2025-06-23 cond-mat.mes-hall quant-ph
Spin-Selective Second-Order Topological Insulators Enabling Cornertronics in 2D Altermagnets
Fujian Normal University（福建师范大学）
本研究通过有效模型和第一性原理计算，在二维交错磁体中实现自旋-角锁定的二阶拓扑绝缘体，并预测了CrO和Cr$_2$Se$_2$O为候选材料，为角电子学与拓扑自旋电子学耦合提供新途径。
2025-10-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Charge-Neutral Electronic Excitations in Quantum Insulators
本文探讨了量子绝缘体中电中性电子激发的探测，重点介绍了在激子绝缘体、量子自旋液体及moiré材料等非常规绝缘体中寻找中性费米子、玻色子或任意子激发的理论与实验进展，并展望了未来研究机遇。
2024-11-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Vibrational Spectra of Pb2Bi2Te3, PbBi2Te4 and PbBi4Te7 Topological Insulators: Temperature Dependent Raman and Theoretical Insight from DFT Simulations
我们提出了温度依赖的频率偏移和线加宽的声子模式的原子层的插入在原型3D拓扑绝缘体Bi 2 Te 3的Pb和PbTe，使用拉曼光谱。用改进的Bridgman法生长了Pb 2Bi 2 Te 3、PbBi 2 Te 4和PbBi 4 Te 7单晶。Pb_2Bi_2 Te_3、Pb_Bi_2 Te_4和Pb_Bi_4 Te_7的拉曼模式随温度从298 K降低到93 K而逐渐发生蓝移，这是由于晶格的非谐振动以及Bi-Te共价相互作用强度的增加。实验结果得到了广泛的密度泛函理论计算的补充，其中一个合理的匹配之间的实验和计算数据被发现。化学压力，诱导的插入的Pb和PbTe层的Bi 2 Te 3，修改的相互作用的边界处的五层，这是显而易见的从模式的演变。在低温下观察到面外Bi-Te振动相对于面内Bi-Te振动的增强。
2018-03-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
A Novel Quasi-One-Dimensional Topological Insulator in Bismuth Iodide $β$-Bi$_4$I$_4$
最近在物质拓扑态领域的进展（1，2）主要是由铋和锑硫属化物块体拓扑绝缘体（TI）的发现（3-6）开始的，随后是密切相关的三元化合物（7-16）和几个弱TI的预测（17-19）。然而，Z $_2$分类的概念丰富性以及它们的结构和成分多样性都远未被充分利用。在准一维碘化铋Bi $_4$ I $_4$的$β$ -相中，理论预测并实验证实了一种新的Z $_2$拓扑绝缘体. $β$ -Bi $_4$ I $_4$的电子结构由Z $_2$不变量（1;110）表征，接近于弱TI相（0;001）和平凡绝缘体相（0;000）.我们在（001）表面上的角分辨光电子能谱测量揭示了位于表面布里渊区点处的高度各向异性的带交叉特征，并且没有显示出光子能量的色散，因此与理论预测完全一致。
2016-06-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Weak localization and weak anti-localization in topological insulators
弱定域和弱反定域是无序电子系统中量子输运的量子干涉效应。在很低的温度下，随着温度的降低，弱反局域化增强电导率，弱局域化抑制电导率。磁场可以破坏量子干涉效应，产生尖点状的正和负磁导率，分别作为弱局域化和弱反局域化的标志。这些效应在拓扑绝缘体中已被广泛观察到。本文综述了拓扑绝缘体中弱（反）局域化的理论和实验研究进展。我们预言了当无质量的狄拉克费米子（如拓扑绝缘体的表面态）获得狄拉克质量时，从弱反定域到弱定域的交叉，并得到了实验的证实。拓扑绝缘体薄膜中的体态具有弱的局域化效应，这与其他具有强自旋轨道相互作用的体系不同。我们比较了狄拉克费米子与传统电子系统在不同对称性无序情况下的局域化行为。最后，我们表明，相互作用和量子干涉都需要占实验观察到的温度和磁场依赖性的电导率在低温下。
2014-09-04 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Thermal, electric and spin transport in superconductor/ferromagnetic-insulator structures
铁磁绝缘体（FI）附着在传统的超导体（S）上，大大改变了后者的性质。具体地说，在FI/S界面处的交换场导致超导态密度的分裂。如果S是一个超导薄膜，薄于超导相干长度，状态密度的修改发生在整个样品。S/FI结构中交换分裂和超导关联的共存导致了引人注目的输运现象，这些现象在热电、超导自旋电子学和辐射传感器中具有重要的应用。在这里，我们回顾了最新的进展，了解FI/S结构的输运性质，提出了一个完整的理论框架的基础上准经典动力学方程。我们讨论了非平衡条件下电子自由度，电荷，自旋和能量之间的耦合及其在热电和自旋相关输运中的表现。
2019-02-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Hexagonal warping on spin texture, Hall conductivity and circular dichroism of Topological Insulator
由于哈密顿量中的六角弯曲项，当化学势增加到狄拉克点以上时，拓扑绝缘体表面上的拓扑保护电子态可以逐渐地将它们的费米截面从圆形改变为雪花形状。翘曲的另一个效果是改变自旋织构，当通过磁性掺杂包括有限间隙时存在自旋织构，尽管面内自旋分量保持垂直于动量锁定。它还改变轨道磁矩、光吸收矩阵元和圆二色性。我们发现自旋z分量的费米面平均值与Berry相的大小密切相关。即使当哈密顿量除了占主导地位的相对论狄拉克项之外还包括一个次主导的非相对论二次项的动量项（这提供了粒子-空穴不对称性）时，这也成立。在$\left\langle S_z \right\rangle$和二色性之间也存在定性相关性。对于化学势落在价带和导带之间的间隙内的情况，霍尔电导率保持量子化并且不受六边形翘曲项的影响。
2014-04-16 cond-mat.mes-hall physics.optics
Quantum Spin Hall Effect and Spin Bott Index in a Quasicrystal Lattice
尽管量子自旋霍尔（QSH）效应的研究进展迅速，但迄今为止所研究的大部分QSH系统都是基于晶体材料的。在这里，我们提出QSH效应可以在准晶格（QLs）中实现。我们表明，非周期性和非晶绝缘体的电子拓扑结构可以用自旋Bott指数$B_s$来表征。QL中的非平凡QSH状态由非零自旋Bott指数$B_s=1$标识，与鲁棒边缘状态和量化电导相关联。我们还绘制了一个拓扑相图，其中的QSH状态之间的正常绝缘体和弱金属相，由于量子阱的独特波函数。我们的研究结果不仅提供了一个更好的理解准晶的电子性质，但也扩展了搜索QSH相的非周期性和非晶材料，是实验上可行的。
2018-09-28 cond-mat.mes-hall
Recent progress on disorder-induced topological phases
Key Laboratory of Atomic and Subatomic Structure and Quantum Control (Ministry of Education), Guangdong Basic Research Center of Excellence for Structure and Fundamental Interactions of Matter, South China Normal University（原子与亚原子结构及量子控制重点实验室（教育部），广东省物质结构与基本相互作用卓越研究中心，华南师范大学）；Guangdong-Hong Kong Joint Laboratory of Quantum Matter, Frontier Research Institute for Physics, School of Physics, South China Normal University（广东-香港量子物质联合实验室，前沿物理研究院，物理学院，华南师范大学）；Quantum Science Center of Guangdong-Hong Kong-Macao Greater Bay Area (Guangdong)（粤港澳大湾区量子科学中心（广东））
本文综述了无序诱导拓扑相在凝聚态和人工系统中的理论与实验进展，探讨了拓扑安德森绝缘体、准周期系统中的局域化现象及动态和许多体系统中的无序诱导拓扑性。
2026-05-07 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall quant-ph
Spin Transfer Torque Generated by the Topological Insulator Bi_2Se_3
磁性器件是实现非易失性存储器和逻辑技术的领先竞争者，可以扩展到高密度和高速，并且不会磨损。然而，磁存储器和逻辑器件的广泛应用将需要开发使用尽可能少的电流和功率来重新定向其磁化的有效机制。最近在这方面取得了相当大的进展，特别是发现重金属/铁磁体双层中的自旋-轨道相互作用可以通过重金属中的自旋霍尔效应或铁磁体中的Rashba-Edelstein效应在磁性层上产生强大的电流驱动扭矩。作为寻找提供甚至更有效的自旋-轨道诱导转矩的材料的一部分，一些提议已经提出了拓扑绝缘体（TI），其具有表面状态，其中自旋-轨道耦合的效应在电子的自旋取向相对于其传播方向被锁定的意义上是最大的。实验结果表明，室温下在TI Bi_2Se_3的薄膜中面内流动的电荷电流确实可以对相邻的铁磁坡莫合金（Py = Ni_（81）Fe_（19））薄膜施加强的自旋转移力矩，其方向与拓扑表面态所预期的方向一致。我们发现Bi_2Se_3的每单位电荷电流密度的转矩的强度大于迄今为止测量的任何其他自旋转矩源材料，甚至对于其中表面态与体导电共存的非理想TI膜也是如此。我们的数据表明，TI有潜力使非常有效的磁性材料在室温下的存储器和逻辑应用的电气操作。
2014-02-05 cond-mat.mes-hall
Exchange operation of Majorana zero modes in topological insulator-based Josephson trijunctions
Beijing National Laboratory for Condensed Matter Physics, Institute of Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院物理研究所）；School of Physical Sciences, University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学物理科学学院）；College of Physics, Nanjing University（南京大学物理学院）
本文报告了在拓扑绝缘体表面多三结约瑟夫森器件中创建、操控和交换马约拉纳零模的实验进展，观察到符合Fu-Kane模型的隙内态迁移特征，为实现拓扑量子计算中的编织操作提供了关键途径。
2025-11-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
On the problem of many-body localization
本文综述了在强到足以局域所有单粒子态的无序势作用下相互作用电子输运性质的研究进展。这篇评论也可以作为作者最近论文的指导[Annals of Physics（2006），in press]。在这里，我们跳过大部分的技术细节，并试图讨论在上述论文中描述的最终温度金属-绝缘体转变的物理基础。
2006-02-22 cond-mat.mes-hall
Dirac-Maxwell correspondence: Spin-1 bosonic topological insulator for light
费米子和玻色子之间的根本区别在于它们的自旋和分布统计以及它们遵守的离散对称性（电荷，宇称和时间）。虽然具有时间反演对称性的物质的费米拓扑相已经取得了重大进展，但玻色子的对应物仍然难以捉摸。本文利用狄拉克-麦克斯韦对应给出了一个自旋为1的玻色拓扑绝缘体。从结构光子学的方法，模仿电子的伪自旋\textonehalf{}行为出发，我们利用整数自旋和离散对称性的光子制定一个独特的玻色子拓扑相的物质。我们介绍了一个玻色子Kramers定理和拓扑量子化的光子等价物，它只产生于光子自旋。我们的连续场论预测光子在时空色散简并手征的存在下获得质量，手征是物质内部磁电耦合的一种独特形式，与众所周知的手征、磁电、旋向性或双各向异性根本不同。我们预测，这种独特的色散（非本地）简并手征介质具有反常的宇称和时间反转对称性，如果在自然界中发现，将表现出一个带隙的量子自旋-1霍尔玻色子相。光子不具有导电性输运参数，可以量化（不像电子系统），但我们预测，光子自旋量子化的量子化的保护边缘状态是服从实验隔离导致一个新的玻色子相的物质。
2018-04-23 cond-mat.mes-hall physics.optics
Topological axion states in magnetic insulator MnBi$_2$Te$_4$ with the quantized magnetoelectric effect
量子物质的拓扑态在凝聚态物理和材料科学中引起了极大的关注。量子材料中的时间反演不变（TRI）拓扑态的研究在理论和实验上都取得了巨大的进展。作为一个巨大的成功，成千上万的TRI拓扑材料预测通过扫描搜索。由于磁性拓扑材料的磁结构多样，人们期望在其中出现更丰富的奇异现象，但由于磁性拓扑材料的磁结构和相变复杂，这方面的研究相对滞后。在这里，我们预测的tetradymite型化合物MnBi $_2$ Te $_4$和它的相关材料主机有趣的磁性拓扑状态。MnBi $_2$ Te $_4$的磁基态是一个反铁磁相，它导致一个具有大的拓扑非平凡能隙（$\sim$ 0.2~eV）的反铁磁拓扑绝缘体态.它是轴子态的母态，具有带隙的体态和表面态，以及量子化的拓扑磁电效应。MnBi $_2$ Te $_4$的铁磁相导致在费米能级上具有两个Weyl点以及一个空穴型和一个电子型费米口袋的理想的最小II型Weyl半金属，这在其他地方从未发现过。我们进一步提出了一个简单而统一的连续介质模型来描述这类材料的显著拓扑特征。
2019-05-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Designer Quantum States in Magnetic Topological Insulator Multilayers
The Pennsylvania State University（宾夕法尼亚州立大学）
本文综述了过去十年中通过分子束外延技术设计磁性拓扑绝缘体多层的实验进展，探讨了如何通过层厚度、磁性掺杂、异质结构架构和堆叠序列精确控制磁交换间隙、层间耦合和陈数C。
2026-05-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ferroelectric Chirality-Driven Direction-Tunable and Spin-Invertible Corner States in 2D MOF-Based Magnetic Second-Order Topological Insulators
本文提出通过配体替换在二维MOF中引入铁电手性，首次实现磁性二阶拓扑绝缘体角态在实空间方向可调与自旋空间反转的协同操控。
2025-02-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Prediction of dual quantum spin Hall insulator in NbIrTe$_4$ monolayer
本文通过第一性原理计算预测NbIrTe$_4$单层中存在双重量子自旋霍尔绝缘体，发现其具有由范霍夫奇点诱导的约10 meV非平庸能隙及更强的电子关联效应，为研究拓扑与关联效应的相互作用提供了良好平台。
2024-06-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Imaging Quantum Well States of Dirac Electrons in Exfoliated 3D Topological Insulators
Indian Institute of Technology Delhi（印度理工学院德里分校）
通过机械剥离技术制备高质量二维层，揭示拓扑绝缘体中狄拉克电子量子阱态的特性及能带结构。
2025-11-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Regular and irregular dynamics of Dirac-Weyl wavepackets in a mesoscopic quantum dot at the edge of topological insulator
研究了在二维HgTe/CdTe拓扑绝缘体边缘形成的介观量子点中电子在周期电场作用下的Dirac-Weyl自旋极化波包动力学，该介观量子点具有Dirac-Weyl无质量能谱，载流子的运动对无序势和杂质势不太敏感.据观察，强耦合的自旋和电荷自由度的相互作用，创建不规则的动力学在坐标和自旋通道的制度。通过Mathieu方程的Ince-Strutt图，在准经典方法内解析地发现由驱动场的强度和频率确定的规则和不规则制度之间的边界，并且由驱动动力学的全量子力学模拟支持。用Floquet方法对准能谱的研究揭示了非Poissonian能级统计的存在，这表明混沌量子动力学的可能性，并对应于准经典方法中不规则区域的参数区域。我们发现，弱无序的影响导致部分抑制的动力学混沌。我们的研究结果是感兴趣的量子混沌动力学的一个基本领域的进展，并为进一步的实验和技术应用的自旋相关的现象在纳米结构的基础上拓扑绝缘体。
2016-07-07 cond-mat.mes-hall nlin.CD quant-ph
Quantum Transport and Potential of Topological States for Thermoelectricity in Bi$_2$Te$_3$ Thin Films
本文综述了量子输运的最新进展，并介绍了最近的努力，探索拓扑绝缘体边界状态的贡献，在$_2$薄膜的热电性。虽然Bi $_2$ Te $_3$已被用作热电材料多年，它只是最近，这种材料的薄膜已被合成为三维拓扑绝缘体与有趣的物理和拓扑保护的表面状态相关的潜在应用。Bi $_2$ Te $_3$薄膜的主要瓶颈是在提高其晶体质量的同时消除其体电导率。生长具有高晶体质量的外延膜和制造复杂的基于Bi $_2$ Te $_3$的器件的能力对于实现各种拓扑量子器件和探索拓扑状态以改善热电性质的潜力是有吸引力的。重点研究了低缺陷密度Bi $_2$ Te $_3$外延薄膜的制备、正常态输运的栅极调谐以及拓扑绝缘体/超导体混合器件中的约瑟夫森超导电流。对Bi $_2$ Te $_3$薄膜器件的量子输运实验进行了展望。最后，综述了拓扑绝缘体边界态对热电性贡献的研究进展。展望了拓扑态在改善Bi $_2$ Te $_3$薄膜热电性能和实现高性能热电器件中的应用前景。
2022-01-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Two-Dimensional Materials for Energy-Efficient Spin-Orbit Torque Devices
自旋轨道转矩（SOT），它依赖于自旋电流产生的电荷电流在磁性材料，承诺一个能源效率的计划操纵磁化的磁性器件。使用SOT的自旋电子器件的一个关键课题是提高电荷到自旋的转换效率。此外，电流诱导的自旋极化通常限于面内，而面外自旋极化可能有利于有效的垂直磁化切换。利用两类重要的范德华材料$-$拓扑绝缘体和过渡金属二硫属化物$-$作为自旋源来产生SOT的最新进展揭示了解决这些挑战的方法。拓扑绝缘体如硒化铋已经显示出巨大的SOT效率，其比来自三维重金属的那些大至少一个数量级。过渡金属二硫属化物如碲化钨已经显示出电流诱导的面外自旋极化，这是由约化对称性所允许的。在这篇综述中，我们使用对称性参数来预测和分析基于范德华材料的异质结构中的SOT。本文综述了基于拓扑绝缘体和过渡金属二硫属化物的SOT研究的最新进展，并说明了这些结果与对称性论点的一致性。最后，我们指出了目前研究中尚未解决的问题，并提出了该领域的三个潜在研究方向。
2020-07-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Quasiparticle excitations in a one-dimensional interacting topological insulator: Application for dopant-based quantum simulation
研究了电子-电子相互作用对自旋Su-Schrieffer-Heeger（SSH）模型电荷激发谱的影响. SSH模型是一维体阻挡拓扑绝缘体的原型.鉴于最近在基于掺杂剂的量子模拟器的制造进展，我们专注于实验可检测的签名的相互作用的拓扑结构在有限格。为此，我们使用基于Lanczos的精确对角化来计算实空间中的单粒子谱函数，从而将局域态密度推广到相互作用系统。它的空间和光谱分辨率允许直接调查和识别的边缘状态。通过研究非相互作用极限，我们证明了边界上的拓扑能隙态对有限尺寸效应以及随机键和现场无序都是鲁棒的，这表明在硅中工程掺杂剂阵列中模拟SSH模型的可行性。虽然边缘激发成为零能量自旋的任何有限的相互作用强度，我们的分析表明，单粒子电荷激发的边界上的缺口。尽管拓扑保护的损失，我们发现，这些边缘激发是准粒子，只要它们保持在散装间隙。当临界相互作用强度超过$U_c\approx 5 t$时，边界上的准粒子失去了它们的相干性，这可以用边缘态和体态的合并来解释。这是在对比的多体边缘激发生存的强耦合的限制，在文献中建立。我们的研究结果表明，对于中等排斥相互作用的非平凡阶段的相互作用SSH模型可以通过剩余签名的拓扑单粒子状态使用单粒子局部测量技术，如扫描隧道光谱检测。
2022-11-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Topological Magnons: A Review
在足够低的温度下，磁性材料通常进入相关相，该相承载集体的、相干的磁激发，例如磁振子或三重子。利用过去几年拓扑材料的巨大进展，最近的研究导致了对这些磁激发的几何和拓扑的新见解。与磁动力学相关的Berry相可以导致热和自旋输运中可观察到的结果，而拓扑绝缘体和半金属的类似物可以在自然磁耦合的磁振子能带结构内产生。磁激励提供了一个平台，探索磁对称性和拓扑结构的相互作用，驱动拓扑结构的转变使用磁场。研究相互作用对拓扑能带的影响，并在界面处产生拓扑保护的自旋流。在这篇评论中，我们调查所有这些主题的进展，突出方面的拓扑物质是独特的磁振子系统和途径尚未得到充分调查。
2021-06-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Topological Phases in Two-Dimensional Materials: A Brief Review
具有绝缘体和无隙表面或边缘模的拓扑相由于其基本的物理意义和在无耗散电子学和自旋电子学中的潜在应用而引起人们的广泛关注。本文主要综述了二维材料体系中拓扑非平凡相（如$\mathbb{Z}_2$拓扑绝缘体、量子反常霍尔效应、量子谷霍尔效应\textit{etc.}）的工程化研究进展，包括量子阱、III族至VII族元素的原子晶体层以及过渡金属化合物等。
2015-09-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Quantum Materials for Spin and Charge Conversion
自旋电子学旨在利用自旋自由度进行信息存储和计算应用。一个主要问题是通过自旋和电荷转换产生和检测自旋。近年来，量子材料表现出许多独特的自旋相关性质，可以作为有效的自旋和电荷转换的候选材料。在这里，我们回顾了最近的研究结果有关自旋和电荷转换的量子材料，包括Rashba接口，拓扑绝缘体，二维材料，超导体，和非共线反铁磁体。利用量子材料进行自旋和电荷转换的重要进展可以为开发未来的自旋电子器件铺平道路。
2018-05-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Quantum phase transitions in two-dimensional superconductors: a review on recent experimental progress
本综述聚焦二维超导体量子相变中的量子格里菲斯奇异性与反常金属态，总结近期实验发现及其对量子涨落和耗散作用的揭示。
2023-12-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Towards complete characterization of topological insulators and superconductors: A systematic construction of topological invariants based on Atiyah-Hirzebruch spectral sequence
Institute for Solid State Physics, University of Tokyo（东京大学固体物理研究所）；RIKEN Center for Interdisciplinary Theoretical and Mathematical Sciences (iTHEMS), RIKEN（理化学研究所交叉理论数学科学中心(iTHEMS)）；Center for Gravitational Physics and Quantum Information, Yukawa Institute for Theoretical Physics, Kyoto University（京都大学汤川理论物理所引力物理与量子信息中心）
本文提出了一种系统性框架，用于构造大部分对称类的拓扑不变量，通过在动量空间中利用最近发展的Atiyah-Hirzebruch谱序列，展示了如何构建时间反演对称的自旋超导体的拓扑不变量，并验证了这些不变量在随机生成的对称哈密顿量中的有效性，从而完全表征了159个空间群的K群。
2026-05-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
