The surfaces of intrinsic magnetic topological insulators (TIs) host magnetic moments exchange-coupled to Dirac electrons. We study the magnetic phases arising from tuning the electron density using variational and exact diagonalization approaches. In the dilute limit, we find that magnetic skrymions are formed which bind to electrons leading to a skyrmion Wigner crystal phase while at higher densities spin spirals accompanied by chiral 1d channels of electrons are formed. The binding of electrons to textures raises the possibility of manipulating textures with electrostatic gating. We determine the phase diagram capturing the competition of intrinsic spin-spin interactions and carrier density and comment on the possible application to experiments in magnetic TIs and spintronic devices such as skyrmion-based memory.
Emergent Momentum-Space Skyrmion Texture on the Surface of Topological Insulators
在磁性拓扑绝缘体中，量子反常霍尔效应已被理论预言和实验证实。此外，这些材料的表面态在动量空间中表现出类似刺猬的“自旋”织构。在这里，我们应用先前制定的低能量模型Bi $_2$ Se $_3$，一个母体化合物的磁性拓扑绝缘体，一个平板的几何形状中，交换场的行为只在一个表面层。在这个示例设置中，刺猬变换为临界交换场之外的skyrmion纹理。这个临界场标志着两个拓扑上不同的阶段之间的过渡。拓扑相变发生时，费米能级处的能隙没有闭合，横向霍尔电导保持不变，并量子化为$e^2/2h$。动量空间Skyrmion结构在有限的场范围内持续存在。它可以在具有三维拓扑绝缘体和铁磁绝缘体之间的界面的混合异质结构中找到其实现。
Novel Spin-texture on the warped Dirac-cone surface states in topological insulators
我们用第一性原理计算和模型哈密顿量研究了Bi 2 Te 3族三维拓扑绝缘体的表面态性质。当表面狄拉克锥由于菱形结构中的Dresselhaus自旋轨道耦合而翘曲时，自旋获得有限的面外分量。我们预测了一种新的面内自旋纹理的扭曲表面狄拉克锥的自旋不垂直于电子动量。我们的k.p模型计算表明，这种新型的面内自旋纹理需要高阶Dresselhaus自旋轨道耦合项。
Nonequilibrium spin texture within a thin layer below the surface of current-carrying topological insulator Bi$_2$Se$_3$: A first-principles quantum transport study
我们预测，非极化的电荷电流注入到原型拓扑绝缘体（TI）Bi $_2$ Se $_3$的弹道薄膜将在其表面产生{ \it非共线自旋织构} $\mathbf{S}(\mathbf{r})$。此外，由于金属表面的倏逝波函数穿透到TI的本体中，非平衡自旋织构将延伸到TI表面下的$\simeq 2$ nm厚的层中。沿由电流定义的纵向方向对几个方向上的$\mathbf{S}(\mathbf{r})$求平均值揭示了指向横向方向的大分量。此外，我们发现了一个数量级较小的面外分量时，注入电流的方向相对于Bi和Se原子探针的最大的六角翘曲的Dirac锥分散TI表面上。我们的分析是基于扩展的非平衡格林函数结合密度泛函理论（NEGF+DFT）的情况下，涉及非共线自旋和自旋轨道耦合。我们还演示了具有适当优化的局部轨道基集的DFT计算如何精确地匹配具有Bi $_2$ Se $_3$超原胞的平面波基集的假定更准确的计算。
Emergence of Unconventional Interfacial Magnetic Phenomenon in Topological Insulator-Based Magnetic Heterostructures
在拓扑绝缘体（TI）/磁性绝缘体（MI）异质结构中，TI的大自旋轨道耦合和界面处的反转对称性破缺可以在界面处促进非平面自旋织构，例如skyrmion。这在常规霍尔设置中被观察为拓扑霍尔效应。虽然已经在TI/MI的界面处观察到这种效应，其中MI观察到垂直磁各向异性，但在具有面内磁各向异性的界面MI中发展的非平凡自旋纹理被报道不足。在这项工作中，我们利用平面霍尔效应（PHE）研究了Bi $_2$ Te $_3$ /EuS异质结构。我们观察到的平面拓扑霍尔和自发平面霍尔功能的特点是在界面处的非平凡的面内自旋纹理。我们发现，后者是最小的电流和磁场方向平行对齐时，和最大的样品平面内，这可能归因于潜在的平面各向异性的自旋织构垂直对齐时。这些结果表明的重要性，PHE灵敏的检测和表征的非平凡的磁相，逃避了勘探的TI/MI接口。
Fundamentally fastest optical processes at the surface of a topological insulator
我们预测，一个强的光脉冲的单次振荡可以显着填充的三维拓扑绝缘体，Bi 2 Se 3的表面导带。线偏振和圆偏振脉冲在表面布里渊区产生布居干涉条纹的手征纹理。这些条纹构成了一个自参考电子全息图携带的信息的拓扑结构的表面布洛赫带，特别是在低能量的哈密顿量的翘曲项的效果。这些电子干涉现象与石墨烯形成鲜明对比，石墨烯对于线偏振脉冲没有手性纹理，并且对于圆偏振脉冲没有干涉条纹。这些预测的倒易空间电子布居纹理可以测量实验的时间分辨角分辨光电子能谱学（TR-ARPES），以获得直接访问非阿贝尔Berry曲率在拓扑绝缘体表面。
Non-trivial spin-texture of the coaxial Dirac cones on the surface of topological crystalline insulator SnTe
本文采用第一性原理计算研究了拓扑晶体绝缘体SnTe的非平凡表面态及其自旋织构。[001]表面上的表面态色散呈现出四个Dirac-cone，中心位于镜面和表平面的相交处。我们提出了一个简单的模型，两个相互作用的同轴狄拉克锥来描述的表面态色散和相关的自旋纹理。虽然由于晶体和时间反转对称性，面外自旋极化为零，但由于两个同轴狄拉克锥的相互作用，面内自旋织构显示出螺旋性和一些扭曲，表明非平凡的镜像陈氏数为-2，不同于$Z_{2}$拓扑绝缘体（如Bi/Sb合金或Bi $_2$ Se $_3$）中的值-1。表面态色散和它的自旋织构将提供一种实验上可获得的方法来确定非平凡的镜像陈氏数。
Spin-textures, Berry's phase and Quasiparticle Interference in Bi2Te3: A Topological Insulator with Warped Surface States
理想的“氢原子”拓扑绝缘体表面上的电子的能量-动量关系形成一个圆锥-狄拉克圆锥，当它被扭曲和扭曲时（不再由狄拉克方程描述），可以导致不寻常的现象，例如缺陷周围的电子干扰增强（在STM中观察到）和失去拓扑保护的磁有序对称破缺表面。详细的自旋纹理和六角翘曲映射Bi 2 Te 3在这种情况下，作为一个观点L.傅，物理评论快报。\textbf{103}，266801（2009）。
Spin Proximity Effects in Graphene/Topological Insulator Heterostructures
通过拓扑绝缘体的邻近效应增强石墨烯中的自旋轨道相互作用，可以创建一种新颖的2D系统，该系统将非平凡的自旋纹理与高电子迁移率相结合。为了设计具有这种石墨烯/拓扑绝缘体（Gr/TI）异质结构的实际自旋电子学应用，对混合自旋相关性质的理解是必不可少的。{然而，迄今为止，尽管大量的实验研究Gr/TI异质结报告了各种各样的显着的（自旋）输运现象，很少有人知道的真实性质的自旋纹理的界面状态，以及它们的作用上的测量性能。在这里，我们使用{ \it从头计算}模拟和紧束缚模型来确定与Bi $_2$ Se $_3$拓扑绝缘体连接的石墨烯中电子态的精确自旋纹理。我们的计算预测了石墨烯层中巨大的自旋寿命各向异性的出现，这应该是Gr/TI异质结构中自旋输运的可测量标志，并提出了新型自旋器件
Chern-Textured Exciton Insulators with Valley Spiral Order in Moiré Materials
Rudolf Peierls Centre for Theoretical Physics（鲁道夫·皮尔斯理论物理中心）；Princeton Center for Theoretical Science, Princeton University（普林斯顿大学理论科学中心）；Department of Physics, University of Zurich（苏黎世大学物理系）；Department of Physics, Ghent University（根特大学物理系）
Princeton University（普林斯顿大学）；University of Zurich（苏黎世大学）；Max Planck Institute for the Physics of Complex Systems（马克斯·普朗克复杂系统物理研究所）；Ghent University（根特大学）
Scattering of Electrons between Edge and Two-Dimensional States of a Two-Dimensional Topological Insulator and the Conductivity of the Topological Insulator Strip in a Metallic State
Direct Measurement of the Out-of-Plane Spin Texture in the Dirac Cone Surface State of a Topological Insulator
我们已经进行了自旋和角度分辨的光电子能谱的Bi 2 Te 3和提出的第一个直接证据的存在的面外自旋分量的表面状态的拓扑绝缘体。我们发现，六方变形的费米面（FS）的Bi2Te3的面外自旋极化的幅度达到最大的25%的面内对应，而这样一个相当大的面外自旋分量不存在于更圆的FS的TlBiSe 2，表明六方变形的FS是负责偏离理想的螺旋自旋织构。观察到的面外极化比现有理论预期的要小得多，这表明正确理解Bi2Te3中的表面自旋极化需要额外的成分。
