Spin-momentum Locking and Topological Vector Charge Response with Conserved Spin
University of Illinois Urbana-Champaign（伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校）
本文研究了具有保守伪自旋的自旋-动量锁定项，揭示了其在低能下产生线性色散模式及异常电荷电流，并通过三维威格纳半金属表面实现异常消除及巨量自旋霍尔效应。
2026-02-04 cond-mat.mes-hall
Spin-momentum locking and Majorana fermions in charge carrier hole epitaxial wires
具有载流子空穴的外延半导体纳米线可以表现出无限大的空穴质量和自旋锁定，这是由于手征光谱在动量和自旋上是线性的。在这些耦合到s型超导体的量子线中出现拓扑超导性和Majorana费米子的判据与拓扑绝缘体中相同，而与自旋-轨道相互作用下具有抛物谱的量子线中出现Majorana模的判据相反。
2019-04-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Microscopic analysis of spin-momentum locking on a geometric phase metasurface
本文研究等离激元 Berry 超表面中的自旋-轨道耦合，通过散射形式体系揭示晶胞几何导致近似自旋-动量锁定，并结合 Mueller 偏振测量阐明表面波激发时的对称性破缺及新规则。
2023-04-11 cond-mat.mes-hall physics.optics
Wave-particle duality of electrons with spin-momentum locking
研究了自旋动量锁定对电子\emph{Gedankenexperiment}中双缝和单缝干涉和衍射图样的影响。我们表明，列入的自旋自由度，当耦合到载体的运动方向-一个典型的情况下，发生在系统与自旋轨道相互作用-导致修改的干涉和衍射图案，取决于系统的几何参数。
2020-10-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
Valley-momentum locking in a graphene superlattice with Y-shaped Kekulé bond texture
Gutiérrez $\textit{et al.}$ [Nature Phys. $\textbf{12}$，950（2016）]最近在石墨烯-铜超晶格上的实验揭示了蜂窝晶格中不寻常的Kekulé键纹理-弱键和强键的Y形调制，波矢量连接两个狄拉克点。我们表明，这种所谓的“Kek-Y”纹理产生两种无质量狄拉克费米子，与谷同位旋锁定平行或反平行的运动方向。在磁场$B$中，与$B$相关的朗道能级的谷简并被谷动量锁定所消除，但仍保留与$B$无关的谷简并零模.
2017-10-09 cond-mat.mes-hall
The quantum metric of electrons with spin-momentum locking
本研究发现自旋轨道耦合材料表面和界面的自旋-动量锁定会产生有限量子度量，激活非线性面内磁电阻，在111取向LaAlO₃/SrTiO₃界面实现测量与电调控，拓展了量子几何功能设计的材料范围与策略。
2025-08-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Ab initio k.p theory of spin-momentum locking: Application to topological surface states
基于从头算相对论${\mathbf k}\cdot{\mathbf p}$理论，我们在$\mathbf{k}$中导出了三维拓扑绝缘体表面态的有效双带模型.它提供了一个全面的描述的表面自旋结构，其特征在于动量和自旋之间的非正交性。我们表明，振荡的非正交性与极角的$\mathbf{k}$与$π/3$周期性可以被看作是由于有效的六重对称的自旋轨道磁场的场矢量的五倍和七倍绕组的$\mathbf{k}$每一个单一的旋转。由于经典Rashba场的主导作用，仍然存在单绕组螺旋自旋结构，但与动量和自旋之间的正交锁定有周期性的几度偏离。
2020-05-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
Bilinear planar Hall effect in topological insulators due to spin-momentum locking inhomogeneity
本文通过半经典玻尔兹曼方法研究拓扑绝缘体中自旋-动量锁定非均匀性对平面霍尔效应的影响，发现并解释了由该非均匀性诱导的、在电流或磁场方向反转时变号的双线性非线性平面霍尔效应，且该效应在传统平面霍尔效应中占主导。
2022-12-12 cond-mat.mes-hall
Universal spin-momentum locking of evanescent waves
我们证明了倏逝电磁波的一个固有性质的存在：自旋-动量锁定，其中动量的方向从根本上锁定波的偏振。我们追踪这种现象的最终起源复杂的色散和因果关系的要求倏逝波。我们证明了在全内反射、表面态和光纤/波导中的每一种倏逝波都具有这种内在的自旋动量锁定。我们还介绍了一个普遍的右手三重态组成的动量，衰变和自旋的倏逝波。我们推导出了倏逝波的斯托克斯参数，揭示了一个有趣的结果-每一个快速衰减的倏逝波本质上是圆偏振的，其手性与传播方向有关。我们还表明存在一个基本的角度与全内反射（TIR），使传播波局部继承完美的圆偏振特性的倏逝波。当且仅当两种电介质的折射率之比超过黄金比例时，才会发生这种圆形TIR条件。我们的工作导致在各种纳米光子实验中对这种自旋动量锁定的统一理解，并揭示了与电子的量子自旋霍尔态的电磁类比。
2015-10-20 cond-mat.mes-hall physics.optics
Topological phonons in an inhomogeneously strained silicon-2: Evidence of spin-momentum locking
在这项研究中，我们报告的第一个实验证据的自旋动量锁定的拓扑声子在非均匀应变硅薄膜。拓扑声子中的自旋动量锁定导致独立样品结构中的纵向自旋织构或空间不均匀的自旋分布。利用位置相关的霍尔效应和平面霍尔效应测量揭示了自旋织构。载流子密度和反常霍尔电阻沿样品长度呈线性变化。同样，与自旋相关散射相关的平面霍尔电阻也被发现在沿着样品长度的两个不同位置处是不同的。自旋-动量锁定也引起了横向热自旋电流和自旋-能斯特磁热响应，这是发现使用角度相关的纵向二次谐波测量。磁热电响应也是Si样品的晶体学的函数，其中响应的符号<110>对于对准的<100>样品是相反的。拓扑声子中的自旋-动量锁定可以在室温及室温以上产生大的自旋相关响应，这可以为高能效的自旋电子学和自旋热电子学器件铺平道路。
2021-10-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
First observation of Spin-Momentum Helical Locking in Bi2Se3 and Bi2Te3, demonstration of Topological-Order at 300K and a realization of topological-transport-regime
在arXiv：0812.2078（2008）[Y. Xia等人，Nature Physics 5，398-402（2009）http：//www.nature.com/nphys/journal/v5/n6/full/nphys1294.html]。本文报道了在Bi_2Se_3和Bi_2 Te_3中首次观察到的自旋动量螺旋锁定和自旋涡旋结构，证明了300 K下拓扑序的存在，并报道了螺旋狄拉克费米子拓扑输运机制的物质实现。我们的研究结果揭示了一个一对一的自旋动量锁定狄拉克结构Bi 2Se 3和Bi 2 Te 3是近100%的自旋极化，它表现出可调的拓扑费米子密度附近的Kramers点，并可以驱动到长期寻求的拓扑输运制度。观察到的拓扑节点狄拉克基态被发现是保护，即使到室温（300 K）。我们的研究结果铺平了道路，为未来的运输为基础的研究拓扑绝缘体，并可能在室温下的应用程序的保护自旋极化边缘通道，我们观察到自旋ARPES自旋电子技术。所有这些新的结果都是由于自旋分辨ARPES（莫特偏振）技术[http://www.nature.com/nature/journal/v460/n7259/full/nature08234.html]。
2010-01-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Magnetic scattering with spin-momentum locking: Single scatterers and diffraction grating
本文研究拓扑绝缘体中自旋-动量锁定下电子被磁化区域散射产生的耦合自旋电荷密度，揭示非对称散射特性，并提出用衍射光栅设计纳米结构以控制电荷与自旋演化。
2023-06-18 cond-mat.mes-hall
Spin-Polarized Tunneling Study on Spin-Momentum Locking in the Topological Insulators
我们证明了拓扑绝缘体（TI）的电荷自旋转换效率可以通过注入自旋极化隧穿电子到TI实验确定。通过对硒化铋和碲化锑铋的比较研究，我们证实了所观测到的巨自旋信号的拓扑表面态起源。通过向硒化铋中注入高能电子，我们进一步研究了TI表面有效自旋极化的能量依赖性。实验验证的大自旋极化，以及我们的计算，提供了新的见解优化TI材料近室温自旋电子学应用。
2015-10-20 cond-mat.mes-hall
Atomic-layer Rashba-type superconductor protected by dynamic spin-momentum locking
自旋-动量锁定是反转对称破缺材料自旋分裂费米面的基本特征，它是由Rashba型或Zeeman型自旋-轨道耦合引起的。虽然塞曼型SOC对超导电性的影响最近已经在实验上得到了证实，但Rashba型SOC的影响仍然难以捉摸。在这里，我们报告令人信服的证据的关键作用的自旋动量锁定晶体原子层超导体的表面上，Rashba型SOC的存在被证明。原位电子输运测量结果表明，在平面上临界磁场是有害的增强，达到约三倍的泡利极限在$T = 0$。我们的定量分析阐明，动态自旋动量锁定，自旋被迫翻转在每个弹性电子散射的机制，抑制了数量级的库珀对-破缺参数，从而保护超导性。目前的结果提供了一个新的见解如何超导可以生存的有害影响的强磁场和交换相互作用。
2021-03-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
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
Transport theory for electrical detection of the spin texture and spin-momentum locking of topological surface states
三维拓扑绝缘体的表面态呈现出自旋锁定于动量的螺旋自旋织构。然而，到目前为止，由于缺乏必要的自旋敏感测量，螺旋自旋织构的直接全电检测仍然难以捉摸。本文提出了一种利用自旋极化扫描隧道显微镜（STM）研究螺旋狄拉克电子自旋极化输运的一般理论。研究发现，与传统磁性材料不同，TI表面的隧穿电导中增加了一个由面内自旋织构决定的额外分量，这与自旋动量锁定有关.重要的是，这种额外的电导不寻常地依赖于磁化的STM尖端的空间方位角，这是从来没有在以前的STM理论进行。通过磁性掺杂打破TI表面的旋转对称性和时间反转，我们发现空间分辨电导的测量可以重建自旋织构的螺旋结构。此外，如果面内磁化纯粹由表面狄拉克电子的自旋轨道耦合引起，则可以提取SML角。我们的理论提供了一种替代的方法，而不是使用角分辨光电子能谱，电气识别TI表面上的螺旋自旋纹理。
2017-06-11 cond-mat.mes-hall
Field-Effect Josephson Diode via Asymmetric Spin-Momentum-Locking States
本研究提出基于非对称自旋-动量锁定态的栅控场效应约瑟夫森二极管，给出拓扑与半导体基两种实现方案，无需磁场调控即可实现高效非互易超导特性，为超导器件设计提供新的电学操控途径。
2024-05-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Orbital pseudospin-momentum locking in two-dimensional chiral borophene
近年来，在Rashba和拓扑绝缘体（TI）表面态中发现了由于自旋-轨道耦合（SOC）引起的轨道织构。在这里，我们预测了一个$p_x/p_y$轨道织构，在线性色散狄拉克带，产生在$χ$ - $h_0$硼手性单层的K/K'点。结合第一性原理计算和有效哈密顿量，我们证明了轨道赝自旋的方向与动量的锁定方式类似于TI的自旋纹理。此外，考虑到层赝自旋自由度，该晶格允许具有相等或相反手性的层的堆叠。反过来，我们通过设计的堆叠和外部电场控制的轨道纹理和层的本地化。例如，对于相反的手征性堆叠，电场允许轨道纹理狄拉克锥的开/关切换。
2019-08-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin-momentum locking of polariton edge states in honeycomb lattices
Universidad Autónoma de Madrid（马德里自治大学）；Università di Padova（帕多瓦大学）；Indian Institute of Technology Bombay（孟买印度理工学院）；Indian Institute of Technology Dharwad（达尔瓦德印度理工学院）；Julius-Maximilians-Universität Würzburg（维尔茨堡朱利叶斯-马克西米利安大学）
研究通过介质镜微腔中横电/横磁分裂引入的有效自旋轨道耦合，利用斯托克斯偏振法揭示蜂窝激子极化晶格中锯齿形边缘态的自旋动量锁定，为无外磁场的超快自旋控制单向传播提供途径。
2026-07-27 cond-mat.mes-hall physics.optics
Probing the Spin-Momentum Locking in Rashba Surfaces via Spin Current
本研究通过自旋泵浦与电荷电流结合，探测锑薄膜Rashba态的自旋-动量锁定，利用逆Rashba-Edelstein效应精确操控充电电流，为低功耗逻辑门开发铺路。
2024-04-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Optical Controllable Spin-Polarization in Two Dimensional Altermagnets via Robust Spin-Momentum Locking Excitons
Nanjing University of Science and Technology（南京理工大学）
研究预测反铁磁V$_2 X_2$O中存在本征自旋动量锁定激子，其具有高结合能和长寿命，实现了室温零外场下的稳健自旋极化，为先进光自旋电子学的全光操纵提供了新范式。
2025-11-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Monopole-like orbital-momentum locking and the induced orbital transport in topological chiral semimetals
本工作揭示拓扑手性半金属（如RhSi和PdGa）中单极子轨道动量锁定纹理，并证明其产生大的轨道霍尔效应和巨大的手性依赖轨道磁电效应，为轨道电子学与对映体识别应用铺路。
2023-10-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin-momentum locking from topological quantum chemistry: applications to multifold fermions
在自旋轨道耦合晶体中，对称性可以保护多重简并与大陈数和布里渊区跨越拓扑表面态。在这项工作中，我们探讨了手征多重费米子的非平凡拓扑结构对体态自旋织构的影响程度。为此，我们用约化密度矩阵定义了自旋-动量锁定。使用拓扑量子化学理论的工具，我们展示了如何从形成多重费米子的基轨道和能带表示的知识中确定约化的密度矩阵。我们展示了如何现场自旋轨道耦合，晶体场分裂，和Wyckoff位置多重竞争，以确定附近的手征费米子的自旋纹理的状态。我们计算了空间群$P432$（207）和$P2_13$（198）中几个典型例子中多重费米子的自旋织构。我们表明，费米表面周围的自旋缠绕数可以取许多不同的整数值，从零一直到$\pm 7$。最后，我们总结了如何将我们的理论应用到实际材料中使用的PtGa空间群$P2_13$的例子。
2022-04-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin-momentum locking and ultrafast spin-charge conversion in ultrathin epitaxial Bi$_{1-x}$Sb$_x$ topological insulator
三维拓扑绝缘体表面态的螺旋性在自旋电子学中引起了极大的关注，这是由于自旋-动量锁定，其中载流子的自旋垂直于它们的动量。这种性质可以提供一种有效的方法，通过Rashba-Edelstein效应将电荷电流转换为自旋电流，反之亦然。然而，这些表面状态的自旋-电荷转换的实验签名是非常困难的解开从体状态的贡献。在这里，我们结合自旋和角度分辨的光电子能谱，时间分辨的太赫兹发射光谱，以明确地表明，自旋电荷转换产生的Bi $_{1-x}$ Sb $_x$薄膜的表面状态，下降到几个纳米的限制效应出现。我们关联这个大的转换效率，通常在重金属的体自旋霍尔效应的水平，复杂的费米表面从逆Rashba-Edelstein响应的理论计算获得。我们证明了这一点，薄膜厚度下降到几个纳米，在外延Bi $_{1-x}$ Sb $_x$薄膜的表面状态鲁棒性和相当大的转换效率带来了新的前景，超低功率磁随机存取存储器和宽带太赫兹产生。
2023-03-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Floquet spintronics: tuning the current-induced spin polarization of topological surface states with light
Kangwon National University（江原国立大学）；Korea Institute for Advanced Study（韩国高等研究院）
该研究基于弗洛凯理论，提出通过高频圆偏振光照射调控拓扑表面态的电流诱导自旋极化，可改变其动量空间自旋织构甚至反转电自旋极化率，为自旋电子学调控提供新途径。
2026-08-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Single photon emitters with polarization and orbital angular momentum locking in monolayer semiconductors
本研究提出在单层过渡金属二硫属化物中，通过应变场约束激子，实现谷-轨道角动量纠缠，并利用其发射偏振-轨道角动量锁定或纠缠的单光子，具有高集成度和可调性，适用于量子信息应用。
2023-01-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Transmission Line Model for Materials with Spin-Momentum Locking
我们提供了一个传输线表示通道表现出自旋动量锁定（SML），可用于时间相关和稳态输运分析的各种材料与自旋轨道耦合，如拓扑绝缘体，重金属，氧化物界面，和窄带隙半导体。该模型是基于一个依赖于时间的四分量扩散方程，从玻尔兹曼传输方程假设线性响应和弹性散射的通道。我们根据自旋指数（上（$U$），下（$D$））和群速度的$x$分量（$+,-$）的符号将通道中的所有电子状态分为四组（$U^+$，$D^+$，$U^-$和$D^-$），并为四组中的每一组分配平均电化学势以获得四分量扩散方程。对于正常的金属通道，该模型是众所周知的传输线模型的电荷和时间依赖版本的Valet-Fert方程的自旋。我们首先表明，在稳态极限下，我们的模型导致简单的表达式与现有的实验数据在不同的材料在SML通道的电荷-自旋相互转换。然后，我们使用完全的时间依赖模型来研究自旋-电荷分离的存在下，SML，在过去一直有争议的主题。我们的模型表明，电荷和自旋信号以两种不同的速度传播，从而导致众所周知的自旋-电荷分离，即使在SML存在下，这种分离也会持续存在。然而，我们的模型预测，较低的速度信号是纯粹的自旋，而较高的速度信号在很大程度上是电荷与一个额外的自旋分量，这是以前没有注意到的。最后，我们注意到，我们的模型可以在标准的电路模拟器，如SPICE中使用，以获得复杂几何形状的数值结果。
2018-10-04 cond-mat.mes-hall
Topological insulator based spin valve devices: evidence for spin polarized transport of spin-momentum-locked topological surface states
自旋动量螺旋锁定是三维拓扑绝缘体（TI）中非平凡拓扑表面态（TSS）的重要性质之一。它是TSS的标志性拓扑保护（抑制弹性后向散射）的基础，也是许多奇异物理学的基础（例如，马约拉纳费米子）和器件应用（例如，自旋电子学）预测的TI。基于这种自旋-动量锁定，在TI表面上流动的电流将在垂直于电流的特征面内方向上自旋极化，并且当电流方向反转时自旋极化将反转。在输运测量中观察这样的自旋螺旋电流是TI研究和应用的主要目标。我们报告自旋相关的传输测量自旋阀设备制作剥离薄片的Bi 2Se 3（原型3D TI）与铁磁（FM）镍接触。施加面内磁场（B）沿Ni接触的易磁化轴方向，我们观察到相反的B场方向之间的滞后磁阻（MR）的不对称性。MR中的不对称性的极性可以通过反转DC电流的方向来反转。所观察到的非对称MR可以被理解为TI表面上的电流诱导的自旋极化（由于TSS的自旋动量锁定）和自旋极化的铁磁接触之间的自旋阀效应。我们的结果为TSS中的自旋螺旋电流提供了直接的输运证据。
2014-03-05 cond-mat.mes-hall
Spin-valley locking in Kekulé-distorted graphene with Dirac-Rashba interactions
本文研究了 Kekulé 畸变与 Rashba 自旋轨道耦合对石墨烯电子性质的联合影响，发现低能 Dirac 哈密顿量中出现新的自旋-谷锁定项，并提出了基于掺杂依赖磁输运测量的实验方案以区分不同效应。
2023-08-04 cond-mat.mes-hall
Topological spin-plasma waves
拓扑绝缘体的表面具有自旋-动量锁定的狄拉克电子态，其限制自旋取向垂直于电子动量。因此，集体等离子体激发在相互作用的狄拉克液体表现为耦合的电荷和自旋波。在这里，我们证明了自旋分量的存在下，使有效的耦合等离子体波和自旋波之间的界面之间的拓扑绝缘体和绝缘磁体的表面。此外，自旋-动量锁定纹理的螺旋性质提供了自旋和等离子体波之间的耦合中的相位缠绕，这使得杂化自旋-等离子体模式的光谱在拓扑上是非平凡的。我们还表明，这种拓扑模式导致一个大的热霍尔响应。
2021-08-12 cond-mat.mes-hall
Electric modulation of the Fermi arc spin transport via three-terminal configuration in the topological semimetal nanowires
自旋动量锁定是拓扑表面态的一个重要特征，在自旋电子学中起着重要的作用。非磁性系统中自旋动量锁定保护下的电流诱导自旋极化的电学探测为自旋电子学的发展提供了一个新的平台，而以前的研究大多是基于磁性材料。本文采用三端几何结构研究了Dirac半金属Cd_3As_2的自旋输运测量，观察到了高阻态和低阻态的磁滞回线信号。通过反转电流方向来反转滞后，这说明了Cd 3As 2的自旋-动量锁定特征。此外，我们通过三端结构对费米弧的电调制实现了自旋信号的通断状态，这使得Cd 3As 2在自旋场效应晶体管中具有很大的潜力。
2022-12-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Energy spectrum and broken spin-surface locking in topological insulator quantum dots
研究了由强拓扑绝缘体构成的量子点的能谱和本征态的自旋宇称结构。在有限长圆柱几何中使用有效低能理论，数值计算表明，即使在最低的能量尺度下，拓扑保护表面模式中的自旋方向也不会锁定在表面上。我们发现“零动量”模式，和subgap状态本地化附近的“帽”的点。本征态的能谱和自旋织构基本上是从解析表面狄拉克费米子描述再现。我们的研究结果进行了比较，在有限长度的纳米线几何形状的强拓扑绝缘体的紧束缚模型的微观计算。
2011-02-22 cond-mat.mes-hall
Bound fermion states in pinned vortices in the surface states of a superconducting topological insulator: The Majorana bound state
通过解析求解Bogoliubov-de Gennes方程，我们研究了二维超导体中涡旋核中心的费米子束缚态。我们考虑了三种二维超导模型：（a）具有低密度涡旋线的混合态的标准II型超导体，（b）具有强自旋-轨道耦合锁定自旋平行于动量的超导体和（c）具有强自旋-轨道耦合锁定自旋垂直于动量的超导体。利用$s$波超导体与强拓扑绝缘体表面态之间的邻近效应诱导出二维超导态。在情况（a）中，激发的能隙为$Δ_{\infty}^2/(2E_F)$阶，而在情况（b）和（c）中，零能马约拉纳态与费米子激发的等间隔（$Δ^2_{\infty}/E_F$）序列一起出现。自旋动量锁定是马约拉纳态形成的关键。我们给出了能谱和波函数的解析表达式。
2020-05-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Anomalous thermoelectric properties of a Floquet topological insulator with spin momentum non-orthogonality
三维拓扑绝缘体中自旋动量的非正交性导致自旋织构的改变，并引入面外自旋极化分量。除了自旋织构外，这些材料的反常热电性质也值得研究。在本文中，我们指出，非共振光用于照射表面态，诱导的间隙，这成为动量依赖于由于在哈密顿量的非正交项的存在。重要的是，为了保持光的非共振条件，动量值应该满足一个界限。此外，动量相关的能隙在较高的动量值下引起拓扑转变，这对于分析能斯特反常的双峰结构和电导率具有重要意义。
2017-10-18 cond-mat.mes-hall
Anisotropic magnetoresistance in topological insulator Bi1.5Sb0.5Te1.8Se1.2/CoFe heterostructures
拓扑绝缘体由绝缘体态和时间反转对称保护的二维表面态组成。表面态的特征之一是电子动量和自旋取向之间的锁定。本文报道了拓扑绝缘体Bi 1.5Sb 0.5Te 1.8Se 1.2/CoFe异质结构中一种新的面内各向异性磁电阻效应。为了解释这种新的效应，我们提出Bi1.5Sb0.5Te1.8Se1.2/CoFe异质结构由于自旋动量锁定而形成自旋阀或巨磁电阻器件。这种新型的面内各向异性磁电阻效应可以解释为Bi1.5Sb0.5Te1.8Se1.2/CoFe异质结构的巨磁电阻效应。
2012-12-20 cond-mat.mes-hall
Optical Selection Rule based on Valley-Exciton Locking for 2D Valleytronics
光学选择定则从根本上决定了从氢原子到GaAs等块状晶体的各种物理体系中能态之间的光学跃迁。它对于激光、能量色散X射线光谱和量子计算等光电应用非常重要。近年来，单层过渡金属二硫属化物（TMDC）在动量空间中表现出非平凡的Berry曲率谷和大结合能的激子。然而，目前还不清楚如何独特的谷自由度结合强激子效应影响光激发。在这里，我们发现了一组新的单层WS 2的光学选择规则，施加谷和激子角动量。我们在实验上证明了这种原理的二次谐波产生（SHG）和双光子发光（TPL）。此外，双光子诱导的谷群在亚ps激发间弛豫（2 p-> 1 s）后产生净圆偏振光致发光，并持续8 ps。这一新的光学选择规则的发现，不仅极大地扩展了谷电子2D系统的信息度，而且为谷光电器件的应用奠定了基础，这对2D谷偏振光二极管（LED）、光开关和量子计算的相干控制等具有重要意义。
2015-04-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tunnel Magnetoresistance scan of a pristine three-dimensional topological insulator
虽然三维拓扑绝缘体（TI）的表面态的费米表面具有零磁化，但是完整费米表面的任意段具有与所掌握的自旋-动量锁定类型一致的唯一磁矩。我们提出了一个三端设置，它直接耦合到费米表面的选定段的磁化，从而导致有限的隧道磁电阻（TMR）响应的TFTI表面状态，当耦合到自旋极化STM探针。这种多端TMR不仅为原始TI提供了自旋-动量锁定的独特特征，而且还提供了与$Bi_2Te_3$相关的六边形翘曲费米表面的面外极化的动量分辨的直接测量，其可以与自旋分辨ARPES一样全面。这种非常规的TMR的含义也讨论了在更广泛的背景下的2D自旋轨道（SO）材料。
2015-01-12 cond-mat.mes-hall
Spin-orbit locking of magnons with localized microwave fields
本文在微波频段实现光子自旋-轨道耦合，利用受激磁粒子的倏逝微波场定向激发磁振子波束，并证明远距离纳米磁体间可通过磁振子交换实现可调强耦合与激发态纠缠。
2024-08-12 cond-mat.mes-hall
$d$-Wave Polarization-Spin Locking in Two-Dimensional Altermagnets
本研究在二维交变磁体中发现$d$波极化-自旋锁定现象，提出对称性判据，通过第一性原理计算识别单层Cr$_2$X$_2$O为候选材料，并揭示其在自旋电子学和快速反铁磁存储中的潜在应用。
2025-02-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Observation of Topological Order in the TlBiSe2 class : Probing the "spin" and "phase" on topological insulator surfaces
拓扑绝缘体的特征在于其边界上的自旋-动量锁定。三维拓扑绝缘体表面的自旋动量锁定导致了非平凡Berry相的存在，从而导致了拓扑表面上的奇异输运现象。使用自旋敏感探针（莫特旋光），我们观察到的自旋动量耦合和揭示的手征性质的表面电子在TlBiSe 2。我们表明，在TlBiSe 2的表面电子集体携带量子Berry的相位$π$和一个明确的手征（$η$ =-1，left-handed）与其自旋纹理或涡旋结构的费米表面上的顶部和底部表面。我们的实验结果不仅首次证明了体中Z2拓扑序的存在，而且揭示了拓扑表面上螺旋准粒子模的存在。自旋纹理计算将在其他地方报道。
2012-06-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.quant-gas cond-mat.str-el
Altermagnetism: spin-momentum locked phase protected by non-relativistic symmetries
从20世纪50年代磁量子场的诞生到现代拓扑物质时代，人们一直在自旋和实空间耦合的相对论磁对称群的指导下寻找新的磁量子相、现象和功能材料。然而，磁组不能解开非相对论的相位和效果，如最近报道的非常规自旋物理共线反铁磁体从典型的弱相对论自旋轨道耦合现象。在这里，我们发现，更一般的自旋对称性在解耦的自旋和晶体空间分类非相对论共线磁性在三个阶段：传统的铁磁体和反铁磁体，和第三个不同的阶段结合零净磁化与交替自旋动量锁定的能带，我们称之为“altermagnetic”。对于这第三个基本的磁相，这是省略了相对论磁组，我们开发了一个自旋群理论描述六个特征类型的交流磁自旋动量锁定。我们证明了一个非凡的自旋分裂机制，在交流磁带起源于一个本地的电晶体场，这与传统的磁性或相对论分裂的全球磁化或反转不对称性。基于第一性原理计算，我们确定了从绝缘体和金属到铜酸盐超导体的母晶的交变磁性候选者。我们的研究结果支持新兴的研究量子相位和自旋电子学在高温磁体与轻元素，消失的净磁化，和强自旋相干。
2021-10-20 cond-mat.mes-hall
Scattering of a Dirac particle by a Berry phase domain wall
本研究利用三带α-T₃模型证明，Berry相位畴壁可替代势垒，使动量不变的Dirac粒子发生部分反射和透射。
2025-10-08 cond-mat.mes-hall
Unifying recent experiments on spin-valley locking in TMDC quantum dots
本文用统一量子输运框架模拟 TMDC 量子点的基态与激发态谱，揭示自旋-谷锁定条件，并支持由实验参数推断锁定程度。
2024-10-29 cond-mat.mes-hall quant-ph
Determination of the spin axis in quantum spin Hall insulator monolayer WTe2
量子自旋霍尔（QSH）效应的证据已经在几个实验系统中以近似量子化的边缘电导的形式报道。然而，QSH效应的最基本特征，即边缘通道中的自旋动量锁定，从未在实验上得到证实。在这里，我们报告了单层WTe 2边缘通道中自旋动量锁定的明确证据，WTe 2被认为是二维拓扑绝缘体（2D TI）。我们观察到，边缘电导是由垂直于一个特定的轴，我们确定为自旋轴所施加的磁场的组成部分。轴对于所有边缘是相同的，位于与层法线成40 $\pm$ 2°的垂直于钨链的镜像平面中，这意味着自旋轨道耦合是从体能带结构继承的。我们表明，这一发现是与理论相一致的，如果带边轨道采取有喜欢的宇称。我们的结论是，这种宇称分配是正确的，在单层WTe 2的边缘状态和散装带共享相同的简单的自旋结构。结合边缘状态的其他已知特征，这建立了自旋-动量锁定，因此单层WTe 2是真正自然的2D TI。
2021-03-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Induced Spin-texture at 3$d$ Transition Metal/Topological Insulator Interfaces
虽然拓扑绝缘体的一些最优雅的应用，如量子反常霍尔效应，需要在存在时间反演对称性破缺的情况下保持狄拉克表面态，但其他现象，如自旋-电荷转换，则依赖于这些表面态在相邻磁性层上压印其自旋纹理的能力。在这项工作中，我们研究了广泛的单层过渡金属（3 $d$ -TM）的表面态的自旋动量锁定的顶部的Bi $_{2}$ Se $_{3}$拓扑绝缘体使用第一性原理计算。我们发现3 $d$ -TM的磁矩与Dirac表面态引起的自旋动量锁定{ \em}的大小之间存在着一种近似关系。虽然磁矩在3 $d$系列的前半部分很大，但遵循洪德规则，自旋动量锁定在系列的后半部分最大。我们解释这种趋势所产生的妥协原子内的磁交换和共价键之间的3 $d$ -TM覆盖层和狄拉克表面状态。因此，虽然Cr和Mn覆盖层可以成功地用于观察量子反常霍尔效应或实现轴子绝缘体，但Co和Ni对于自旋-电荷转换效应（例如，自旋-轨道扭矩和电荷泵浦）基本上更有效。
2020-06-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin-momentum locked interaction between guided photons and surface electrons in topological insulators
电子和光子的传播可以分别具有自旋-动量锁定效应，该效应将自旋与线动量相关联。对于三维拓扑绝缘体（TI）中的表面电子，它们的自旋被锁定在输运方向上。对于光纤和光子波导中的光子，它们携带横向自旋角动量（SAM），其也被锁定到传播方向。在自旋简并度提升的TI中，电子自旋和光学自旋之间存在直接联系，导致光学跃迁的自旋依赖选择规则，并导致循环光电流效应（CPGE）等现象。在这里，我们展示了一个光电子器件，集成了一个TI与光子波导。波导的横磁（TM）模式中的光子（其携带横向SAM）与Bi 2Se 3层中的表面电子之间的相互作用产生定向的自旋极化光电流。由于光学自旋-动量锁定，该器件以非互易方式工作，使得改变光传播方向使光子自旋反转，从而使TI中的光电流方向反转。这种新型器件提供了一个定向界面，直接将光子传播路径转换为TI中光激发表面电流的方向和自旋极化。它代表了一种实现电子和光子之间耦合自旋轨道相互作用的新方法，并可能在光自旋电子学和量子信息处理中产生重要的应用。
2017-10-06 cond-mat.mes-hall physics.optics
Acoustic quantum skyrmion-valley Hall effect
Nanjing University（南京大学）；Collaborative Innovation Center of Advanced Microstructures, Nanjing University（南京大学先进微结构协同创新中心）
研究通过声学晶体制备了量子Skyrmion-谷Hall效应，利用带拓扑性实现稳健可控的Skyrmion传输，展示了实空间与动量空间拓扑的直接对应关系。
2026-04-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Electrically controllable spin filtering based on superconducting helical states
由于完全的自旋-动量锁定，3D TI的表面态的磁电效应非常强。在这里，S/3D TI双层结构的准经典格林函数的微观理论的发展。在此基础上，我们证明了S/TI双层膜中的DOS表现出巨磁电行为，因此，S/3D TI异质结构可以作为非磁性的完全电可控自旋过滤器工作。结果表明，由于完全自旋-动量锁定，共振态波函数的奇频单重态和三重态分量的振幅相等。这同样适用于偶频单重态和三重态分量。我们揭示了S/3D TI异质结构中的奇频配对与DOS中的磁电效应之间的联系。
2017-09-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Superconducting quantum spin-Hall systems with giant orbital g-factors
量子自旋霍尔系统（QSHS）中超导性的拓扑方面是当前研究的焦点，例如三维拓扑绝缘体（3D Tis）或二维Tis的薄层。我们研究了外磁场中的混合QSHS/超导体结构，并预测了具有保护边缘模的无带隙超导态。它完全起源于电子自旋锁定到超导凝聚流的动量所引起的轨道磁场效应。我们表明，这样的自旋动量锁定可以产生一个巨大的轨道g因子的顺序为几百个，允许一个实现显着的自旋极化在QSHS中的领域远低于超导材料的临界场。我们提出了一个三端设置中，自旋极化的边缘超导性可以探测Andreev反射，导致不寻常的传输特性：非单调的过剩电流和零偏置电导分裂的塞曼相互作用的情况下。
2015-02-26 cond-mat.mes-hall
Spin-valley locking in the normal state of a transition-metal dichalocogenide superconductor
金属过渡金属二硫属化物（TMDC）是研究和控制固体中相互缠绕的电子有序的基准系统，其超导性在从电荷密度波状态冷却时发展。这些相之间的相互作用被认为在铜酸盐、铁基和重费米子系统的非常规超导性中起着关键作用，但即使对于更适度相关的TMDC，它们的性质和起源也被证明是非常有争议的。在这里，我们研究了一个典型的例子，$2H$ -NbSe $_2$，通过自旋和角度分辨的光电子能谱和第一性原理理论。我们发现，正常状态，从其标志性的集体阶段出现，其特点是准粒子的自旋被锁定到他们的谷赝自旋。这是强自旋-轨道相互作用和局部反转对称破缺共同作用的结果。不可忽略的层间耦合进一步驱动了丰富的三维动量依赖的底层费米表面自旋纹理。总之，这些发现需要从根本上重新调查的性质的电荷秩序和超导配对的NbSe $_2$和相关的TMDC。
2016-03-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Higher-order topological spin Hall effect of sound
我们从理论上提出了一个可重构的二维（2D）六角音速晶体与高阶拓扑结构的六重，$C_6$，旋转对称性保护。通过旋转每个单胞中的三角形散射体可以控制声学带隙和能带拓扑。在非平凡相，声波晶体实现了拓扑自旋霍尔效应在一个更高的顺序的方式：（i）出现在体带隙的边缘状态表现出部分自旋动量锁定和间隙由于减少的空间对称性在边缘。(ii)另一方面，带隙的边缘态稳定了边缘带隙中出现的拓扑角态。部分自旋-动量锁定表现为远离时间反演不变动量的边缘态的赝自旋极化，其中赝自旋由声学轨道角动量模拟。我们揭示了潜在的拓扑机制，使用角拓扑指数的基础上对称表示的声学布洛赫带。
2020-05-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Orbital-spin Locking and its Optical Signatures in Altermagnets
本研究构建d波交替磁体的微观紧束缚模型，发现其轨道-自旋耦合可产生自旋选择性光吸收效应，阐明了微观机制并提出磁光验证特征，为轨道电子与光自旋电子器件研发提供支撑。
2024-10-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin Injection and Inverse Edelstein Effect in the Surface States of Topological Kondo Insulator SmB6
利用电子的自旋自由度用于潜在的信息存储和计算技术已经引起了相当大的兴趣。拓扑绝缘体（TI）是一类具有特殊的边缘/表面态的量子材料，其Dirac费米子的自旋极化被锁定在动量方向上。这种自旋-动量锁定特性引起了非常有趣的自旋相关物理现象，如Edelstein效应和逆Edelstein效应。然而，在纯表面态的TI自旋注入是非常具有挑战性的，因为共存的高导电体态。在这里，我们实验证明自旋注入和观察拓扑近藤绝缘体，SmB 6的表面态的逆Edelstein效应。在低温下，当仅存在表面载流子时，观察到清晰的自旋信号。此外，自旋信号的磁场角依赖性与SmB 6表面态的自旋-动量锁定特性一致.
2016-10-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Fermi Level Dependent Spin Pumping from a Magnetic Insulator into a Topological Insulator
拓扑自旋电子学的目标是利用拓扑绝缘体螺旋表面态的自旋-动量锁定来实现自旋-轨道力矩器件。我们解决一个基本的问题，仍然没有得到解决，在这种情况下：单独的拓扑表面状态产生的自旋-电荷转换效率的最大值，或者可以强烈的自旋-轨道耦合体状态也有显着的贡献？通过研究拓扑绝缘体/亚铁磁绝缘体双层膜中自旋抽运的费米能级依赖性，我们发现自旋霍尔电导率在费米能级跨体带隙调谐时是恒定的，与完整体带计算结果一致.结果提出了一个新的观点，其中“体-表面对应”允许自旋-电荷转换同时被视为来自完整的体带，或从自旋-动量锁定的表面状态。
2019-06-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
