Magic angle conditions for twisted 3D topological insulators
我们推导出一个一般的低能量理论的扭曲莫尔异质结构组成的狄拉克材料。我们将我们的理论应用于三维拓扑绝缘体（3D TI）表面的异质结构。首先，我们考虑两个3D TI之间的接口安排有一个相对的扭曲角。我们证明，如果这两个TI是相同的，那么一个必要条件的魔角的狄拉克锥速度为零是有一个层间自旋翻转跳跃项。如果没有这个项，狄拉克锥速度仍然可以被显著地重整化，减少到小于其原始值的一半，但它们不会消失。第二，我们考虑在以小扭转角排列的TI的表面上的石墨烯。同样，魔角只能用自旋翻转跳跃项来实现。没有这个项，狄拉克锥被重整化，但并不显著。在这两种情况下，我们的微扰结果通过计算连续模型的能带结构得到了验证。降低表面狄拉克锥速度所产生的增强态密度为实现相互作用的拓扑相提供了一条可调的途径。
2023-02-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Finite Size Effects of the Surface States in a Lattice Model of Topological Insulator
基于紧束缚模型，研究了拓扑绝缘体薄膜的能隙和波函数。结果表明，能隙大小的厚度依赖性由阻尼和振荡组成。这种阻尼行为源于无限厚度极限下无间隙表面狄拉克锥的存在。另一方面，振荡行为源于薄厚度极限下的电子性质。
2012-01-09 cond-mat.mes-hall
Thickness tunable quantum interference between surface phonon and Dirac plasmon states in thin-films of the topological insulator Bi2Se3
我们报道了Bi 2Se 3薄膜的拉曼响应在激光光子能量从2.33 eV（532 nm）切换到1.58 eV（785 nm）时的>100倍增强，这是由于在~1.5 eV的共振能量下与狄拉克表面态（SS）的直接光学耦合（厚度无关的增强）和由于非线性激发的狄拉克等离子体激元（厚度相关的增强）。由于直接的光耦合，我们观察到一个与Dirac SS连续网络相关联的六边形排列的Se原子的面内声子模。该模式揭示了厚度小于15 nm的薄膜的Fano线形，这是由表面声子和狄拉克等离子体激元态之间的量子干涉引起的。
2015-01-08 cond-mat.mes-hall
Interacting Dirac Fermions on a Topological Insulator in a Magnetic Field
我们研究了外磁场中拓扑绝缘体薄膜表面的分数量子霍尔态，其中载流子的狄拉克费米子性质最近才在实验上得到证实.我们的研究表明，分数量子霍尔态在拓扑绝缘体的表面朗道能级中确实是可以观察到的。然而，由于拓扑绝缘体膜的有限厚度以及由于膜的两个表面的朗道能级的混合，与石墨烯中的效应相比，该效应的强度将不同。在较小的膜厚度下，该混合导致激发间隙对膜厚度的强烈非单调依赖性。当薄膜厚度足够大时，最低两个朗道能级的激发能隙强度相当。
2011-08-20 cond-mat.mes-hall
Observation of re-entrant correlated insulators and interaction driven Fermi surface reconstructions at one magnetic flux quantum per moiré unit cell in magic-angle twisted bilayer graphene
魔角扭曲双层石墨烯（MATBG）中具有非平凡能带拓扑结构的平带的发现为研究超导、关联绝缘体、陈氏绝缘体和磁性等强关联现象提供了一个独特的平台。MATBG的一个基本特征是其高磁场Hof-stadter谱，这是迄今为止尚未探索的。本文详细研究了MATBG器件在B = 31 T的外磁场中的磁输运特性，B = 31 T的外磁场对应于每个莫尔晶胞Φ0对应一个磁通量量子。在Φ0处，我们观察到一个平坦带填充因子为ν =+2的重入相关绝缘体，以及在其他填充处的相互作用驱动的费米表面重建，这是由源自这些的新的朗道能级组确定的。这些实验观测得到了理论工作的补充，理论工作预言了一组新的8个孤立的平带，它们的带宽相当，但拓扑结构与零场不同。总的来说，我们的磁输运数据揭示了一个定性的新的霍夫施塔特谱在MATBG，这是由于强的电子相关的重入平带。
2021-11-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Magic in twisted transition metal dichalcogenide bilayers
具有扭曲二维结构的长波长莫尔超晶格已经成为强关联电子物理研究的一个高度可调的平台。本文采用第一性原理密度泛函理论、连续介质模型和Hartree-Fock近似相结合的方法，研究了扭曲过渡金属双硫族化合物均质膜中的莫尔带，重点研究了WSe $_2$在小扭曲角下的莫尔带.我们揭示了丰富的物理在小扭曲角$θ<4^\circ$，并确定一个特定的魔角，在该顶部价莫尔带实现几乎完美的平坦度。在这个魔角附近，我们预测实现了一个广义的凯恩-梅勒模型的拓扑平带，相互作用驱动的Haldom绝缘体，和莫特绝缘体在每个莫尔晶胞填充一个孔。平坦色散和魔角附近Berry曲率的均匀性的结合为在分数填充下实现分数量子反常霍尔效应提供了希望。我们还确定了扭转角有利于量子自旋霍尔绝缘体和相互作用诱导的量子反常霍尔绝缘体在其他整数填充。
2021-11-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Nematic topological semimetal and insulator in magic angle bilayer graphene at charge neutrality
我们报告了一个完全自洽的Hartree-Fock计算相互作用对扭曲双层石墨烯的莫尔平坦带的影响，假设谷U（1）对称性是尊重。我们使用现实的能带结构和相互作用，并专注于电荷中性点，在那里的实验有不同的报告绝缘或半金属行为。将搜索限制在谷U（1）对称性保持不破缺的阶上，我们发现了三种具有竞争基态能量的自洽解：（i）破坏$C_2 {\mathcal T}$对称性的绝缘体，包括谷陈绝缘体;（ii）自旋或谷极化绝缘体;（iii）旋转$C_3$对称性破坏半金属，其无隙性受到莫尔平坦带拓扑结构的保护。我们发现，这些国家的相对稳定性可以调整弱应变，打破$C_3$旋转。这种半金属绝缘子和$C_2 {\mathcal T}$断路绝缘子都是通过弱应变来稳定的。这些基态可能与在电荷中性时看到的半金属和绝缘行为以及它们的观察的样品可变性有关。我们还比较了电荷中性附近的STM测量结果。
2021-10-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Link between cascade transitions and correlated Chern insulators in magic-angle twisted bilayer graphene
本文通过里德堡激子传感光谱揭示魔角扭曲双层石墨烯中关联陈绝缘体与零场级联转变的直接联系，并给出准普尔关系 B_c=Φ₀Δν/C，支持拓扑重费米子模型。
2024-06-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Chern-insulator phases and spontaneous spin and valley order in a moiré lattice model for magic-angle twisted bilayer graphene
通过自洽实空间Hartree-Fock方法研究魔角双层石墨烯的莫尔晶格模型，发现强相互作用下非零整数填充处出现自发自旋/谷极化，导致陈绝缘体相和反常量子霍尔效应，揭示了相互作用驱动的非平庸拓扑。
2022-10-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Effect of surface state hybridization on current-induced spin-orbit torque in thin topological insulator films
研究了在顶、底表面态杂化的情况下，拓扑绝缘体（TI）薄膜中的电流诱导自旋轨道矩。给出了自旋力矩与TI厚度之间的关系，并由此导出了使自旋力矩最大化的TI厚度的最佳值。我们数值计算表明，在典型的TI薄膜制成的$\mathrm{Bi_2Se_3}$，最佳的厚度约为3-5 nm。
2016-12-05 cond-mat.mes-hall
Ultrafast carrier dynamics in thin-films of the topological insulator Bi2Se3
瞬态反射率测量的薄膜，从6到40 nm的厚度范围内，的拓扑绝缘体Bi 2 Se 3的载流子弛豫时间上的膜厚度显示出很强的依赖性。对于较厚的膜，弛豫动力学与体相Bi2Se3的弛豫动力学相似，其中体绝缘相的贡献大于表面金属相的贡献。载流子弛豫时间随着膜厚度的减小而缩短，达到与贵金属相当的值。这种效应可能是由于狄拉克锥态在相对表面的最薄的膜的杂交。
2013-09-06 cond-mat.mes-hall
Spin skyrmion gaps as signatures of strong-coupling insulators in magic-angle twisted bilayer graphene
本研究利用扫描单电子晶体管在魔角扭曲双层石墨烯中观测到低磁场下的热力学能隙，发现自旋斯格明子到类粒子激发的磁场调控转变，证实基态属强耦合绝缘体，并揭示其稳定性与局部扭曲角、应变的关联，深化了对该体系关联绝缘态及非常规激发的微观认识。
2023-11-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Magic angle (in)stability and mobility edges in disordered Chern insulators
本文研究了无序对扭曲双层石墨烯魔角稳定性的影响，发现小无序下平带能量附近的迁移率边在所有 Chern 数为零时仍因 $C_{2z}T$ 对称性而存在，且该效应与实验观察相符。
2025-08-14 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
The correlated insulators of magic angle twisted bilayer graphene at zero and one quantum of magnetic flux: a tight-binding study
本文用紧束缚模型研究魔角扭转双层石墨烯在零和一个磁通量子下的关联绝缘体态，揭示了电子-空穴不对称相图，并预测了不同陈数的拓扑绝缘体及其相变可能性。
2023-08-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Evolution from quantum anomalous Hall insulator to heavy-fermion semimetal in magic-angle twisted bilayer graphene
本研究通过动量空间量子蒙特卡洛模拟，发现魔角扭曲双层石墨烯在偏离手性极限时，基态从量子反常霍尔绝缘体演化为具有重费米子特征的关联半金属态，并揭示了其光谱特征。
2024-03-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Effect of surface hybridization on RKKY coupling in ferromagnet/topological insulator/ferromagnet trilayer system
本文从理论上研究了被拓扑绝缘体膜隔开的两个铁磁体之间的RKKY交换耦合。我们发现一个不寻常的依赖关系的RKKY交换耦合的TI厚度（$t_{TI}$）。首先，当$t_{TI}$减小时，耦合振幅先增大，在某一临界厚度处达到最大值，低于该临界厚度时，耦合振幅逐渐减小。这种趋势归因于TI膜表面之间的杂化，其在临界厚度以下打开间隙，从而使表面从半金属状态转变为绝缘状态。在绝缘相，由间隙打开引起的抗磁性补偿了狄拉克态的顺磁性，导致磁化率和RKKY耦合减小。对于典型的参数，Bi_2Se_3薄膜的临界厚度估计在3-5 nm的范围内。
2016-12-01 cond-mat.mes-hall
Determining complex spin mixing conductance and spin diffusion length from spin pumping experiments in magnetic insulator/heavy metal bilayers
磁性绝缘体是发展高能效自旋电子学的重要材料。与金属对应物不同，磁性绝缘体的特征在于界面自旋混合电导的虚部以及在具有重金属的双层中，并且它负责自旋轨道扭矩器件中的类场扭矩。在这里，我们研究了基本的理论结构，并开发了一个通用的策略来确定复杂的自旋混合电导的铁磁共振和自旋泵的实验结果。结果表明，自旋混合电导的虚部可以比实部大一个数量级，并且与自旋混合电导随重金属厚度变化的临界趋势相吻合。实验结果的解释也表明，在小厚度的界面贡献变得显着，体扩散模型不能解释的结果。厚度依赖的自旋扩散长度也是必要的，这相当于重金属中的Elliott-Yafet自旋弛豫机制。此外，我们有效地解释了实验结果，同时插入不同厚度的铜层之间的磁性绝缘体和重金属使用自旋电路形式主义。
2020-11-19 cond-mat.mes-hall
Resonance-type thickness dependence of optical second harmonic generation in thin-films of the topological insulator Bi2Se3
光学二次谐波产生（SHG）已被测量的第一次在反射从纳米厚的薄膜（6至40 nm）的拓扑绝缘体Bi 2 Se 3使用1.51 eV（820 nm）的Ti：蓝宝石激光光子，并揭示了强烈的依赖性的积分SHG强度上的膜厚度。积分SHG强度由不同输入-输出光偏振几何测量的SHG旋转各向异性图案的面积积分确定。一个~100倍的积分SHG强度的增强与减少膜厚度已被建议从直流电场诱导的SHG（EFISHG）的效果。提出了两个动态产生的DC电场源：（i）电容器型DC电场，其由于相对表面狄拉克表面态之间的光激发长寿命载流子的动态不平衡而随着膜厚度从40 nm减小到6 nm而逐渐增加，以及（ii）与非线性激发的狄拉克等离子体激元相关联的DC电场，这是造成10 nm厚膜的积分SHG强度的共振增强的原因，其具有约1.6 nm半峰全宽的洛伦兹形共振。除了一般的SHG增强的趋势，减少膜厚度，相对于面内贡献的面外贡献的相对减少被观察到。使用测量的SHG旋转各向异性图案的理论处理，这种效果已被建议导致从线性和二次直流电场效应EFISHG响应的联合贡献。
2015-04-21 cond-mat.mes-hall
Temperature driven metal-insulator transition in thin films
本文给出了有限温度下有限厚度薄膜中由薄膜厚度和温度引起的电子离域的结果。二维结果表明，温度诱导的金属-绝缘体转变（MIT）同时获得绝缘和金属溶液。发现绝缘区的局域化长度和金属区的零频电导率是温度和无序参数的函数。类似地，在有限厚度的薄膜中，电子态的离域发生由温度以及膜厚度引起的。进一步，我们可以得到固定厚度时的临界温度Tc和固定温度时的临界厚度b_c。在金属区，电导率被发现是作为膜厚度，温度和无序的函数。
2014-12-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Strongly Correlated Chern Insulators in Magic-Angle Twisted Bilayer Graphene
电子之间的相互作用及其能带的拓扑结构可以产生物质的新量子相。大多数拓扑电子相出现在弱电子-电子相互作用的系统中。拓扑相位仅作为强相互作用的结果出现的情况是罕见的，并且大多限于在强磁场存在下实现的那些。魔角扭曲双层石墨烯（MATBG）中具有拓扑特征的平坦电子带的发现为寻找新的强相关拓扑相提供了一个独特的机会。本文介绍了一种新的局域光谱技术，利用扫描隧道显微镜（STM）探测MATBG中的拓扑绝缘体序列，其Chern数为C = $\pm$ 1，$\pm$ 2，$\pm$ 3，它们分别在$ν$ = $\pm$ 3，$\pm$ 2，$\pm$ 1附近形成，并通过施加适当的磁场而稳定.在此检测到的相之一（C = +1）先前已经观察到，当六方氮化硼（hBN）衬底有意打破MATBG的亚晶格对称性时，相互作用起次要作用。我们证明，强的电子-电子相互作用不仅可以产生先前观察到的阶段，但也新的和意想不到的陈绝缘相MATBG。我们观察到的相位序列可以通过假设强关联有利于打破时间反演对称性来理解，从而形成由弱磁场稳定的陈氏绝缘体。我们的研究结果表明，多体相关性可以在莫尔系统中创建超出弱相互作用模型预期的拓扑相位。
2020-07-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Large Enhancement of Electronic Thermal Conductivity and Lorenz Number in Topological Insulator Bi2Te2Se Thin Films
拓扑绝缘体（TI）由于其体相绝缘而表面导电的特性，引起了人们的广泛关注。然而，对拓扑绝缘体中的热输运，特别是表面态的影响的研究和理解还很缺乏。本文研究了Bi_2Te_2Se_TI薄膜的面内热导率随厚度的变化规律。对于厚度低于20 nm的膜，观察到热导率和电导率的大的增强，这归因于这些膜的表面状态和体绝缘性质。令人惊讶的是，表面的洛伦兹数超过10倍的索末菲值被发现。输运测量表明，当膜厚小于20 nm时，表面是接近电荷中性点。大Lorenz数的可能原因包括表面态Dirac流体中电流和热流的解耦以及涉及表面态的双极扩散输运。
2017-02-06 cond-mat.mes-hall
Probing the wavefunction of the surface states in Bi$_2$Se$_3$ topological insulator: a realistic tight-binding approach
我们报告的微观紧束缚模型的表面状态在Bi $_2$ Se $_3$三维拓扑绝缘体，基于sp $^3$ Slater-Koster哈密顿量，参数计算密度泛函理论。本文研究了自旋轨道相互作用对体材料和有限厚度平板电子结构的影响。特别是，一个唯象的标准制定的带反转散装和平板，基于计算的原子和轨道的波函数，与在中心的布里渊区的价带和导带极值投影。我们进行了一个彻底的分析，计算出的不同厚度的平板的能带结构，其中表面状态被确定使用一个定量的标准，根据其空间分布。厚度依赖的能隙，归因于表面间的相互作用，和无隙表面态的出现超过临界厚度的平板进行了研究。我们映射出的过渡到无限厚的限制，通过明确计算的修改的空间分布和自旋特性的表面态波函数随板厚的增加。我们的数值分析表明，该系统必须是约40五层厚，表现出完全解耦的表面态，本地化的相对表面上。这些结果对狄拉克点附近的表面态上的外部扰动的影响有一定的意义。
2013-11-04 cond-mat.mes-hall
Thickness-dependent phase transition in graphite under high magnetic field
当在石墨中施加强磁场时，出现各种电子相。然而，在$B \simeq 30\; \textrm{T}$的半金属-绝缘体转变的起源仍然不清楚，而一个奇异的密度波状态的理论提出。为了确定绝缘体相的电子态，我们研究了用机械剥离法在硅衬底上制备的石墨薄膜样品的相变。薄膜石墨中半金属-绝缘体转变的临界磁场向更高的磁场移动，伴随着温度依赖性的降低。这些结果可以通过引入量子尺寸效应的密度波模型来定性地再现。我们的研究结果建立了绝缘体相的电子态作为一个密度波状态站在沿面外方向，并帮助确定在其他高磁场阶段的电子状态。
2018-03-15 cond-mat.mes-hall
Unconventional sequence of correlated Chern insulators in magic-angle twisted bilayer graphene
强电子-电子相互作用和能带拓扑之间的相互作用可以导致自发打破对称性的新电子态。具有非平凡拓扑结构的魔角扭曲双层石墨烯（MATBG）中平带的发现为寻找新的非平凡相提供了一个独特的平台。最近的扫描隧道显微镜和输运实验揭示了一系列的拓扑绝缘相在MATBG与陈数$C=\pm 3, \, \pm 2, \, \pm 1$附近的莫尔带填充因子$ν= \pm 1, \, \pm 2, \, \pm 3$，对应于一个简单的模式的味道对称性破坏陈绝缘体。在这里，我们报告高分辨率的局部可压缩性测量MATBG与扫描单电子晶体管，揭示了一个新的序列不可压缩的状态与意想不到的陈数观察到为零磁场。我们发现八个观测到的不可压缩态的Chern数与$C= \pm 1$带顺序填充的简单图像不相容。我们发现，这些不寻常的不可压缩相的出现可以理解为一个结果，打破平移对称性，加倍的莫尔晶胞和分裂成一个$C=\pm 1$带和一个$C=0$带每个$C=\pm 1$带。我们的研究结果显着扩展了已知的MATBG相图，并揭示了系统中不同相关相之间的密切竞争的起源。
2021-01-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Many Topological Insulators Fail the Surface Conduction Test
在这份报告中，我们仔细研究了最近文献中关于拓扑绝缘体电输运测量的厚度相关电阻率数据。在这些材料的情况下，预期电阻率随着厚度的增加而线性增加，因为它们具有绝缘体和导电表面。然而，除了某些样品的厚度范围很窄外，在所有检查的情况下，电阻率与厚度的关系数据中都没有看到这种趋势。
2013-06-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Growth of quantum well films of topological insulator Bi2Se3 on insulating substrate
绝缘衬底对于厚度仅为几纳米的拓扑绝缘体薄膜的电输运研究和室温应用至关重要。采用分子束外延技术在α-Al 2 O3（蓝宝石）（0001）衬底上生长了高质量的三维拓扑绝缘体Bi 2Se 3量子阱薄膜。薄膜具有良好的量子阱态和表面态，表明宏观区域的厚度均匀。蓝宝石（0001）衬底上的Bi_2Se_3薄膜为研究拓扑绝缘体的低维物理提供了一个很好的系统，因为衬底的导电贡献很小，可以忽略不计。
2010-12-28 cond-mat.mes-hall
Correlated Insulator Behaviour at Half-Filling in Magic Angle Graphene Superlattices
范德华（vdW）异质结构是一种新兴的超材料，由垂直堆叠的二维（2D）构建块组成，为我们提供了一个庞大的工具集，在2D材料已经丰富的可调性之上设计它们的特性。旋钮之一，不同层之间的扭曲角，起着至关重要的作用，在最终的vdW异质结的电子特性，并没有在其他系统，如分子束外延生长的半导体异质结的直接模拟。对于小的扭转角，由晶格取向差产生的莫尔图案产生长范围调制。到目前为止，扭转角对vdW异质结构的影响的研究主要集中在石墨烯/六方氮化硼（h-BN）扭转结构中，由于h-BN中存在大的带隙，其表现出相对较弱的层间相互作用。在这里，我们表明，当两个石墨烯片被扭曲的角度接近理论预测的“魔角”，所产生的平面能带结构附近的电荷中性引起强相关的电子系统。这些平坦带在零磁场下呈现半填充绝缘相，我们证明这是由莫尔超晶格中的电子产生的Mott状绝缘体。魔角扭曲双层石墨烯（TwBLG）的这些独特性质为纯碳制成的2D平台中的奇异多体量子相开辟了一个新的游乐场，并且没有磁场。平带的易接近性、电调谐性和通过扭转角的带宽调谐性可能为更奇异的相关系统铺平道路，例如非常规超导体或量子自旋液体。
2018-02-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Fractional Chern insulators in magic-angle twisted bilayer graphene
分数陈氏绝缘体（FCI）是分数量子霍尔态的晶格模拟物，可能为操纵非阿贝尔激发提供新的途径。早期的理论研究已经预测了它们在具有能量平坦的陈氏能带的系统中的存在，并强调了特定量子能带几何结构的关键作用。然而，到目前为止，FCI态仅在与六方氮化硼（BLG/hBN）对齐的Bernal堆叠的双层石墨烯中观察到，其中非常大的磁场是导致Chern带存在的原因，排除了在零场下实现FCI并限制了其应用潜力。相比之下，魔角扭曲双层石墨烯（MATBG）在零磁场下支持平坦的Chern带，因此提供了一种有前途的稳定零场FCI的途径。在这里，我们报告的八个FCI态的观察，在低磁场的MATBG使高分辨率的本地压缩性测量。第一个这些国家出现在5 T，它们的出现是伴随着附近的拓扑平凡的电荷密度波状态的同时消失。与BLG/hBN平台不同，我们证明了弱磁场在这里的主要作用仅仅是重新分配本地陈省身带的Berry曲率，从而实现有利于FCI出现的量子带几何。我们的研究结果强烈地表明，FCI可以实现在零磁场和铺平了道路的探索和操纵的任意子激发莫尔系统与本地平坦陈氏带。
2021-07-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Modification of the hybridization gap by twisted stacking of quintuple layers in a three dimensional topological insulator thin film
扭曲分层材料的堆叠会产生丰富的新物理学。三维（3D）拓扑绝缘体膜在顶表面和底表面上具有二维无带隙狄拉克电子，当膜低于某一临界厚度时，所述狄拉克电子将杂化并在表面态结构中打开带隙。根据文献，可以通过各种参数（例如膜厚度、反转对称性等）来调节杂化带隙。三维强拓扑绝缘体Bi（Sb）Se（Te）族具有通过范德华相互作用堆叠在一起的五重层（QL）组成的层状结构。在这里，我们成功地生长扭曲堆叠的Sb 2 Te 3量子点，并研究扭曲角度的影响下的厚度限制的杂交间隙。我们发现，可以调整的杂化间隙的薄膜的三个量子阱，这可能会导致量子自旋霍尔态。在3-QL膜中发现间隙闭合的特征。该方法的成功应用为研究拓扑绝缘体中的奇异物理开辟了一条新的途径。
2021-08-09 cond-mat.mes-hall
Commensurate and Incommensurate Chern Insulators in Magic-angle Bilayer Graphene
本工作在hBN对齐的魔角双层石墨烯中首次观测到平价带零磁场陈绝缘体完整序列，并通过掺杂发现不可公度陈绝缘体与维格纳晶体，填补了C2z对称性破缺下的整体拓扑框架。
2024-08-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Spin Hall Effect Induced Spin Transfer Through an Insulator
当电荷电流通过表现出自旋霍尔效应的正常金属时，自旋在横向方向上累积在样品的边缘。我们预测，这种自旋积累，或自旋电压，使量子隧穿自旋通过绝缘体或真空到达铁磁体没有转移电荷。在一个正常的金属/绝缘体/铁磁绝缘体三层（如Pt/氧化物/YIG），量子隧穿解释了自旋转移力矩和自旋泵随绝缘体的厚度呈指数衰减。在正常的金属/绝缘体/铁磁金属三层（例如Pt/氧化物/Co）中，自旋转移一般不随绝缘体的厚度单调衰减。结合自旋霍尔磁电阻，这种隧穿机制点的可能性，一种新型的隧道光谱，可以探测磁振子态密度的铁磁绝缘体在一个全电和非侵入性的方式。
2016-08-20 cond-mat.mes-hall
Anisotropic topological magnetoelectric effect in axion insulators
三维拓扑绝缘体或轴子绝缘体表现出拓扑磁电效应，其是各向同性的，具有以$e^2/2h$为单位量化的普适比例系数。本文研究了拓扑磁电效应的有限尺寸效应，发现磁电系数是各向异性的，即$α_{xx}\neqα_{zz}$。当拓扑绝缘体薄膜$d$的厚度达到三维体积极限时，它们都收敛到一个量子化值。$(α_{xx}-α_{zz})\propto1/d$的非零值可以通过太赫兹光的旋向性或非互易双折射来测量。光学主轴旋转角对薄膜厚度的独特的$1/d$依赖性是拓扑磁电效应的表现，这也可以作为轴子绝缘体的吸烟枪签名。
2020-05-19 cond-mat.mes-hall
Surface state dominated spin-charge current conversion in topological insulator/ferromagnetic insulator heterostructures
本文报道了在室温下用分子束外延技术在钇铁石榴石薄膜上生长的三维拓扑绝缘体薄膜--Bi_2Se_3和（Bi，Sb）_2 Te_3中观察到的铁磁共振驱动的自旋泵浦信号。通过系统地改变Bi 2Se 3膜的厚度，我们表明，自旋-电荷转换效率，其特征在于由逆Rashba-Edelstein效应长度（lambda_IREE），随着膜厚度从2个五重层增加，饱和以上6个五重层显着增加。这表明在拓扑绝缘体/铁磁体异质结构中，表面态在自旋和电荷相互转换中起主导作用。通过对一系列YIG/（BiSb）2 Te 3异质结的研究，进一步证实了我们的结论。最后，我们使用铁磁共振线宽展宽和反Rashba-Edelstein信号来确定有效的界面自旋混合电导和lambda_IREE。
2016-07-13 cond-mat.mes-hall
Two-atom-thin topological crystalline insulators lacking out of plane inversion symmetry
本文提出了一种二维拓扑晶体绝缘体（TCI），它具有一个单晶胞（u.c.）这里展示了厚度。为此，首先表明，tetraphenic（$C_4$面内）对称性不是在有限厚度的TCI板上创建零能量金属表面态的必要条件，因为即使完全去除了所有的面内旋转对称性（提供拓扑保护），零能量状态也会持续存在。换句话说，模型上的零能级不是由于拓扑结构造成的（也不受拓扑结构的保护）。此外，有效的双重能量简并发生在远离体哈密顿量中的零能量的几个离散的$k-$点处--这些点是拓扑保护的--在u.c.~厚度限制体TCI哈密顿量的手征性质允许创建$2\times 2$平方哈密顿量，其拓扑性质在体和单个u.c.~厚度限制。对体相和u.c.-厚相通过涉及Pfweians的计算进一步保证。通过这种方式，在此部署了两个原子厚的TCI，演示了在体和二维中保持的拓扑相。
2022-11-09 cond-mat.mes-hall
Growth dynamics and thickness-dependent electronic structure of topological insulator Bi2Te3 thin films on Si
利用实时反射高能电子衍射强度振荡建立了分子束外延Si（111）衬底上Bi 2 Te 3拓扑绝缘体薄膜的富Te生长动力学。原位角分辨光电子能谱（ARPES）、扫描隧道显微镜和非原位输运测量表明，未掺杂的Bi2Te3薄膜是一种本征的拓扑绝缘体，其费米能级只与金属表面态相交。在实验上，我们发现单狄拉克锥表面态的发展在两个五重层（2 QL）的厚度。从理论上讲，我们表明，从膜的两侧，这是由拓扑表面态波函数的穿透深度确定的表面态之间的相互作用，设置这个厚度下限。
2009-12-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Moiré Fractional Chern Insulators III: Hartree-Fock Phase Diagram, Magic Angle Regime for Chern Insulator States, the Role of the Moiré Potential and Goldstone Gaps in Rhombohedral Graphene Superlattices
本研究通过Hartree-Fock计算，系统揭示了菱方石墨烯/hBN体系中位移场调控的相图，发现莫尔势可破坏连续平移对称性并影响陈绝缘体态的拓扑性质，为理解相关相提供了关键理论依据。
2023-12-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Charge-Order and Broken Rotational Symmetry in Magic Angle Twisted Bilayer Graphene
在魔角附近的扭曲双层石墨烯（TBLG）中发现了相关的电子相，包括Mott状绝缘体和超导性，以及它们与高温超导体的现象学的有趣相似性，激发了研究热潮，以揭示潜在的物理机制。局域光谱学能够获得光谱函数的对称性和空间分布，可以为解开这一谜题提供重要线索。在这里，我们使用扫描隧道显微镜（STM）和光谱（STS）在魔角TBLG可视化的局域态密度（DOS）和电荷分布。掺杂的样品，以部分填充的平带，低温运输测量揭示了相关的电子相的出现，我们发现一个pseudogap相伴随着一个全球性的条纹电荷秩序的相似性高温超导体提供了新的证据，这些系统的现象背后的更深层次的联系。
2019-07-20 cond-mat.mes-hall
Strongly interacting Hofstadter states in magic-angle twisted bilayer graphene
本研究探究超洁净魔角扭曲双层石墨烯在磁场下拓扑磁子带内自发形成的强相互作用霍夫施塔特态，发现对称破缺陈绝缘体级联与独特的Jain序列分数量子霍尔态，揭示磁场驱动的相变并从理论预测其量子几何性质，为该体系态的本质提供新解释。
2024-08-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Quasiparticle scattering in three-dimensional topological insulators near the thickness limit
本文研究超薄Bi2Te3薄膜中准粒子散射行为，发现厚度相关的翘曲效应和隧穿项共同主导散射，并证明拓扑绝缘体的背散射禁戒在超薄极限下失效。
2024-01-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Thickness-dependent magnon spin transport in antiferromagnetic insulators: Crossover from quasi-three-dimensional to quasi-two-dimensional regimes
Norwegian University of Science and Technology（挪威科技大学）；Eindhoven University of Technology（埃因霍温理工大学）；ENSTA, Institut Polytechnique de Paris（巴黎理工学院 ENSTA）
研究发现反铁磁绝缘体中磁旋子传输在临界厚度时从近三维到近二维转变，揭示了厚度依赖的磁旋子扩散机制及其在自旋电子器件中的应用潜力。
2026-01-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tracing out Correlated Chern Insulators in Magic Angle Twisted Bilayer Graphene
魔角扭曲双层石墨烯（MATBG）表现出一系列源自强电子-电子相互作用的相关现象。这些相互作用使得当$ \pm 1, \pm 2, \pm 3$电子占据每个莫尔晶胞时，费米面极易重构，并导致相关绝缘相、超导相和铁磁相的形成。虽然一些相已被证明携带一个非零的陈数，当地的微观性质和拓扑特征的许多其他阶段仍然难以捉摸。在这里，我们介绍了一套新的技术，铰链上的扫描隧道显微镜（STM）映射出的拓扑相位MATBG出现在有限的磁场。通过以下的演变的局域态密度（LDOS）在费米能级与静电掺杂和磁场，我们可视化的本地朗道扇形图，使我们能够直接分配陈数到所有观察到的阶段。我们发现存在的六个拓扑相位产生的整数填充在有限领域，其起源涉及到级联的相关性驱动的破坏性的过渡。空间分辨和电子密度调谐的LDOS图进一步揭示了这些拓扑相位只能在魔角值周围的小范围内形成。微观起源和极端敏感性扭转角区分这些拓扑相位附近观察到的电荷中性朗道水平。此外，我们观察到，即使是在低场采取的电荷中性朗道光谱是相当大的修改相互作用，并表现出意想不到的分裂之间的零朗道水平，可以大到${\sim }\,3-5$毫电子伏。我们的研究结果表明，强的电子相互作用如何影响的能带结构的MATBG，并导致形成相关使能的拓扑相。
2020-08-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Disentangling surface and bulk transport in topological-insulator $p$-$n$ junctions
通过组合$n$型$\mathrm{Bi_2Te_3}$和$p$型$\mathrm{Sb_2Te_3}$拓扑绝缘体，可以形成垂直堆叠的$p$ - $n$结，允许将费米能级定位到体带隙中，并且还在$n$型和$p$型表面载流子之间进行调谐.在这里，我们使用低温磁输运测量探测的表面和体输运模式的垂直$\mathrm{Bi_2Te_3/Sb_2Te_3}$异质结的顶部和底部层的相对厚度不同的范围。随着$\mathrm{Sb_2Te_3}$层厚度的增加，我们观察到从$n$ -到$p$ -类型的行为通过霍尔信号不可测量的特定厚度的变化。假设体态和表面态的贡献是平行的，我们可以计算和再现电阻率的霍尔和纵向分量对膜厚的依赖关系。这突出了体传导通道所起的作用，重要的是，不能使用表面敏感的光谱技术进行探测。然后，我们的计算得到了半经典玻尔兹曼输运理论的支持，该理论严格地显示了霍尔信号的消失。我们的研究结果提供了至关重要的实验和理论见解的表面和散装的垂直拓扑$p$ - $n$结的相对作用。
2017-09-18 cond-mat.mes-hall
Mott insulators appearing at thickness period corresponding to nesting in CaRuO_3
本研究揭示CaRuO_3薄膜中厚度周期对应的Mott绝缘体现象，由边界条件引发的反铁磁关联导致，电阻率随纳米级厚度变化剧增。
2025-02-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Ground State and Hidden Symmetry of Magic Angle Graphene at Even Integer Filling
在魔角扭曲双层石墨烯中，电子-电子相互作用起着核心作用，导致在某些整数填充下的相关绝缘态。确定这些绝缘体的性质是一个中心问题，并可能与在相同设备中观察到的相对高温超导性有关。在这里，我们解决这个问题，使用分析强耦合参数和一个全面的Hartree-Fock数值计算，其中包括远程频段的效果相结合。我们在电荷中性处得到的基态是一种特殊的有序态，我们称之为Kramers间隔相干（K-IVC）绝缘体。在其最简单的形式中，K-IVC表现出使石墨烯晶胞三倍的交变循环电流的图案，从而导致“轨道磁化密度波”。虽然平移和时间反演对称性被破坏，但组合的“Kramers”时间反演对称性被保留。我们的分析论点是建立在首先确定一个近似的${\rm U}(4) \times {\rm U}(4)$对称性，从tBG能带结构，这有助于选择一个低能量的状态，这是进一步分裂，有利于K-IVC的显着性能。在Hartree-Fock数值计算中也发现了这种低能流形。我们证明了对称性降低扰动可以稳定其他绝缘体和半金属态，并讨论了半填充时的基态，并与实验进行了比较。
2020-06-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Unconventional superconductivity in magic-strain graphene superlattices
本文提出魔应变概念，通过调控石墨烯机械弛豫实现非常规超导及半金属-绝缘体转变，为关联物理和超导研究提供新平台。
2024-07-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Three-Dimensional Quantum Anomalous Hall Effect in Magnetic Topological Insulator Trilayers of Hundred-Nanometer Thickness
The Pennsylvania State University（宾夕法尼亚州立大学）；Hong Kong University of Science and Technology（香港科技大学）
研究百纳米厚度的磁性拓扑绝缘体三重层中的三维量子反常霍尔效应，通过调控磁性掺杂剂、栅极电压、温度和外加磁场，验证了其鲁棒性，并揭示了非手性侧表面态被能隙抑制，为轴子物理和电子器件发展提供新平台。
2023-12-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Maximizing the thermoelectric performance of topological insulator Bi2Te3 films in the few-quintuple layer regime
利用第一性原理计算和玻尔兹曼理论，我们探索了在少-五层结构下最大化拓扑绝缘体Bi 2 Te 3薄膜热电优值（ZT）的可行性.我们发现，微妙的竞争之间的表面和散装的贡献，再加上整体的量子尺寸效应，导致一个新的和通用的非单调的依赖ZT的薄膜厚度。特别地，当系统在增加膜厚度时进入拓扑非平凡状态时，与拓扑表面状态的鲁棒性质相关联的长得多的表面弛豫时间导致最大ZT值，其在物理现实条件下可以进一步优化为~2.0。我们还揭示了吸引人的潜力，桥接长期ZT不对称的p型和n型Bi 2 Te 3系统。
2016-03-23 cond-mat.mes-hall
Local manifestations of thickness dependent topology and axion edge state in topological magnet MnBi$_2$Te$_4$
非平凡能带拓扑与磁性的相互作用产生了一系列奇异的量子现象，如量子反常霍尔效应和拓扑磁电效应。当整体对称性破缺时，这些量子现象中的许多都有局部的表现。在这里，我们报告的本征磁性拓扑绝缘体MnBi $_2$ Te $_4$（MBT）的厚度依赖的拓扑结构的本地签名，使用扫描隧道显微镜和光谱的分子束外延生长的MBT薄膜。一个厚度依赖的带隙与振荡的功能被揭示，我们再现与理论计算。我们的理论结果表明，拓扑量子相变超过一个单层的膜厚度，交替QAH和轴子绝缘状态的偶数和奇数层，分别。在一个偶数-奇数层的步骤，观察到一个本地化的带隙的电子状态，在协议的轴子绝缘体边缘状态，从跨步骤的相变的结果。厚度依赖的拓扑性质的演示突出了纳米尺度控制新的量子态的作用，加强了薄膜技术在量子信息科学应用中的必要性。
2021-01-20 cond-mat.mes-hall
Thickness-Driven Quantum Anomalous Hall Phase Transition in Magnetic Topological Insulator Thin Films
磁性拓扑绝缘体（MTIs）中的量子化反常霍尔效应在拓扑量子物理和低功率电子学/自旋电子学应用中具有巨大的发展潜力。为了在零磁场下实现无耗散手性边缘传导，由对准的磁性掺杂剂产生的有效交换场需要足够大以产生特定的自旋子带配置。在这里，我们报告的厚度定制的量子反常霍尔（QAH）效应在铬掺杂（Bi，Sb）2 Te 3薄膜通过调整系统跨越二维（2D）的限制。除了与Chern数相关的金属-绝缘体QAH相变外，我们还证明了诱导杂化能隙在确定MTIs的基态中起着不可或缺的作用，即由于相当大的Van Vleck自旋磁化率而产生的自发磁化保证了厚样品中具有幺正标度律的零场QAH态，而在超薄膜中，霍尔电导的量子化只能借助于外磁场来实现。通过结构工程对拓扑和磁性的调制可以为追求基于QAH的新相图和功能提供有用的指导。
2021-05-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Magic continuum in twisted bilayer WSe2
由电子相互作用驱动的出现的量子相可以在具有窄分散（即“平坦”）能带的材料中表现出来。最近，已经在各种石墨烯基异质结构中使用扭曲角、层堆叠和压力的调谐参数实现了平坦带，并且导致相关绝缘体和超导态。在这里，我们报告的实验观察到类似的相关现象在扭曲双层钨二硒化物（tWSe 2），半导体过渡金属二硫族化物（TMD）。不像扭曲的双层石墨烯，其中的平带只出现在一个狭窄的范围内的“魔角”，我们观察到相关态的角度连续，跨越4度到5.1度。在半带填充处出现了Mott型绝缘体，这种绝缘体可以用位移场进行灵敏的调谐。从头计算支持的霍尔测量表明，绝缘体的强度是由半填充状态的密度驱动的，与2D哈伯德模型在一个温和的相互作用制度。在5.1度扭曲，我们观察到的超导性的证据后，掺杂远离半填充，达到零电阻率约3 K。我们的研究结果建立了扭曲双层TMD作为一个模型系统，以研究相互作用驱动的现象，在平带动态可调的相互作用。
2019-10-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Surface Optical and Bulk Acoustic Phonons in the Topological Insulator, Bi2Se2Te
利用超快泵浦-探测光谱研究了拓扑绝缘体材料Bi 2Se 2 Te薄膜的声子动力学。薄膜的时间分辨微分反射率表现出快、慢振荡。我们已经给出了一个仔细的分析，声子频率的变化作为薄膜厚度的函数归因于存在的常设声学模式。然而，没有发现光学声子模式的频率随薄膜厚度的变化。这表明光学声子本质上属于拓扑绝缘体的表面。声学声子可以通过改变薄膜厚度来调谐，这一事实在室温低功率自旋电子器件和拓扑量子计算中具有巨大的潜力。
2015-06-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Plasmon-enhanced electron-phonon coupling in Dirac surface states of the thin-film topological insulator Bi2Se3
拉曼光谱测量了Bi_2Se_3拓扑绝缘体薄膜中与狄拉克表面态（SS）相关的Fano型表面声子模，确定了狄拉克SS中电子-声子耦合强度随薄膜厚度的变化范围为2 ~ 40 nm。在8 - 10 nm厚的薄膜中，电子-声子耦合强度呈现出非单调的增强现象，最大值出现在薄膜中。的非单调性建议起源于等离子体-声子耦合，增强电子-声子耦合时，在狄拉克SS中的自由载流子密度随膜厚度的减小而增加，并成为抑制最薄的膜时，在平面和平面外的声子模式之间的非谐耦合发生。8 - 10 nm厚的Bi_2Se_3薄膜的Dirac SS中的电子-声子耦合增强了约4倍，这可能为这类材料的超导起源及其应用提供新的见解。
2015-09-23 cond-mat.mes-hall
Dimensional Crossover Induced Topological Hall Effect in a Magnetic Topological Insulator
本文报道了分子束外延生长的Mn掺杂Bi_2Te_3拓扑绝缘体（TI）薄膜的输运性质。我们发现厚度超过5个五层（QL）的薄膜表现出通常的反常霍尔效应的磁性TI。然而，当厚度减小到4 QL时，出现与拓扑霍尔效应（THE）相关的特征。更令人惊讶的是，当膜厚度进一步减小到3QL时，THE再次消失。理论计算表明，在维度交叉制度的顶部和底部表面状态之间的耦合稳定的磁skyrmion结构，是负责的THE。
2017-09-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Oscillatory crossover from two dimensional to three dimensional topological insulators
我们研究了当层厚减小时，从三维拓扑绝缘体$Bi_2Te_3$和$Bi_2Se_3$到具有量子自旋霍尔效应的二维拓扑绝缘体的交叉机制。使用分析模型和第一性原理计算，我们发现，交叉发生在振荡的方式作为层厚度的函数，拓扑平凡和非平凡的二维行为之间交替。
2009-09-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
