Topological Semimetals for Scaled Back-End-Of-Line Interconnect Beyond Cu
金属互连缩放中的电阻瓶颈要求新的互连材料。本文探讨拓扑半金属作为一个潜在的解决方案。在回顾了用于后端线（BEOL）互连的拓扑半金属的理想特性之后，我们使用CoSi作为例子来演示随着缩放而减小的电阻面积积，并提供材料搜索指南。
2021-03-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Magnetic susceptibility of topological nodal semimetals
从理论上研究了拓扑Weyl、II型Weyl、Dirac和线结半金属的磁化率。发现了这种磁化率与化学势、温度、磁场的方向和大小的关系，结果表明磁性测量在研究这些半金属中是非常有用的。作为例子，我们计算了Cd $_3$ As $_2$、Na $_3$ Bi和Ca $_3$ P $_2$的磁化率。
2016-10-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Low-Frequency Divergence of Circular Photomagnetic Effect in Topological Semimetals
本研究发现拓扑半金属中圆形光磁效应的轨道矩贡献呈ω⁻¹低频标度，响应远强于常规材料，且响应张量与费米子陈数相关，揭示了拓扑半金属的新特征，为光电子与自旋电子应用提供了候选平台。
2022-07-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Fermi Arcs in Tilted Weyl Semimetals: Classification, Evolution and Transport Properties
Weyl半金属是拓扑半金属的一种新的量子态，它具有拓扑表面态--费米弧。本文将外尔半金属中的费米弧分为第一类和第二类。基于紧束缚模型，利用体外尔锥的倾斜强度研究了1/2类费米弧的演化和输运性质。拓扑表面态的（剩余）反常霍尔电导率是一类费米弧的物理结果，因此一类费米弧成为混合或II型Weyl半金属的非平凡拓扑性质。因此，本文的工作为了解Weyl半金属的拓扑性质提供了一种直观的方法.
2017-11-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Topological Nodal Line Semimetal and Dirac Semimetal State in Antiperovskite Cu$_3$PdN
基于第一性原理计算和有效模型分析，我们提出了立方反钙钛矿材料Cu $_3$ PdN在忽略自旋轨道耦合（SOC）时，由于时间反演和反转对称性的共存，可以保持三维拓扑节线半金属态.由于立方对称性，总共有三个节线圆。还导出了“鼓头”状表面平坦带。当包含SOC时，每个节线演化为一对受C $_4$晶体对称性保护的稳定的3D狄拉克点。这与迄今已知的狄拉克半金属，如Na $_3$ Bi和Cd $_3$ As $_2$，都只有一对狄拉克点有显著的区别。一旦C $_4$对称性被破缺，狄拉克点被带隙，系统成为具有（1;111）Z $_2$指数的强拓扑绝缘体。
2015-05-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Oscillations of magnetization in topological line-node semimetals
本文从理论上研究了拓扑线结半金属中deHaas-van Alphen振荡的相位。在这些半金属中，载流子的化学势基本上取决于磁场，与具有带接触线的三维金属中的相位相比，这种依赖性改变了振荡的相位。我们的研究结果阐明了最近的实验数据的Berry相的某些电子轨道在ZrSiS，ZrSiTe，和ZrSiSe。
2018-03-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Impurity-induced resonant states in topological nodal-line semimetals
节线半金属的特征在于一种拓扑非平凡的体带交叉，产生几乎平坦的表面态。然而，表面状态的直接证据仍然缺乏。本文基于T-矩阵方法，从理论上研究了拓扑半导体中的杂质效应。结果表明，对于体杂质，在杂质位附近可以诱导出带隙内态，而可见共振杂质态只能在一定的杂质势强度下才能存在。对于表面杂质，在很宽的杂质势范围内存在鲁棒的共振杂质态。这种强大的共振态源于拓扑保护的弱色散表面态，这可以通过扫描隧道显微镜探测，提供了一个强大的签名的拓扑表面态的半金属线。
2019-05-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Artificial gravity field, astrophysical analogues, and topological phase transitions in strained topological semimetals
有效引力和规范场是拓扑半金属中低能准粒子的涌现性质。在这里，以两个狄拉克半金属为例，我们证明了应用晶格应变可以产生扭曲的时空，在天体物理学中有迷人的类似物。特别地，我们研究了模拟黑洞/白洞事件视界和引力透镜效应的可能性。此外，我们发现应变诱导的拓扑相变，无论是在体材料和它们的薄膜。特别是在薄膜中，量子自旋霍尔和平凡绝缘相之间的转变可以通过很小的应变来实现，自然导致一种新的压电拓扑晶体管器件的提议。讨论了霍金辐射效应可能的实验实现和模拟。我们的研究结果跨越了多个学科，揭示了拓扑半金属作为一个独特的桌面平台，探索有趣的现象，天体物理学和广义相对论;它还建议现实的材料和方法，以实现控制拓扑相变具有巨大的潜力，器件应用。
2017-05-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Magnetization of topological line-node semimetals
利用拓扑线结半金属的节线附近电子的朗道能级的近似表达式，得到了该半金属在任意形状的线上的磁化强度公式.研究还表明，在这些材料中，化学势对磁场的依赖性可以很强，这种依赖性可以从根本上影响deHaas-van Alphen振荡。所得结果适用于菱面体石墨，这是一种线结半金属。对于这种材料，我们发现它的磁化率的温度和磁场的依赖性。
2018-01-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Hopf-link multi-Weyl-loop topological semimetals
我们构造了一个通用的双带模型，它可以描述具有多个闭合Weyl环的拓扑Weyl半金属。所有现有的多Weyl环半金属，包括网络，或网络链和霍普夫链状态可以在一个相同的框架内检查。基于一个双回路模型，研究了这些拓扑结构不同的体态对应的鼓面表面态，并进行了比较。我们的模型与霍普夫绝缘体的连接进行了讨论。此外，为了在实验上识别这些拓扑结构不同的Weyl半金属态，特别是区分Hopf链和非Hopf链，我们还研究了它们的Landau能级。结果表明，无论磁场的方向如何，霍普夫链态都存在一个四重简并的零能朗道带.
2018-01-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Quantum oscillation evidence of topological semimetal phase in ZrSnTe
层状WHM型（W=Zr/Hf/La，H=Si/Ge/Sn/Sb，M=S/Se/Te）材料代表了一个大的拓扑半金属族，它为研究拓扑半金属态的演化提供了一个很好的平台，通过对W，H和M元素的各种组合进行自旋轨道耦合和结构维数的微调。在这项工作中，通过高场de Haas-van Alphen（dHvA）量子振荡研究，我们发现了证据的预测拓扑非平凡带在ZrSnTe。此外，从量子振荡频率的角度依赖性，我们揭示了这种层状材料的三维费米表面拓扑结构，由于强层间耦合。
2017-10-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Photoinduced topological phase transition from a crossing-line nodal semimetal to a multiple-Weyl semimetal
我们提出了一个简单的方案来构建一个模型，其费米面是由交叉线节点。哈密顿量由一个正常的跳跃项和一个附加项组成，该附加项在镜面反射下是奇的。线节点沿着镜像不变平面出现，其中每个线节点携带量化的Berry磁通量。我们明确地构建了一个模型与$N$折叠旋转对称，其中的$2N$线节点合并在北极和南极。光辐照诱导拓扑相变。当我们沿着$k_z$轴照射时，在这些极点处出现了携带负电荷$\pm N$的点节点，而所有的线节点消失。所得到的系统描述各向异性的多外尔费米子。
2017-05-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Topological Nodal Line Semimetals in CaP3 family of materials
我们提出CaP3族材料，包括CaP3，CaAs3，SrP3，SrAs3和BaAs3，可以具有三维拓扑节线半金属态。基于第一性原理计算和kp模型分析，我们发现在费米能级附近存在一个封闭的拓扑节线，当能带反转发生时，时间反转和空间反转对称性的共存保护了该节线.在这些材料的c方向表面上也得到了鼓面状的表面态。
2016-08-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Observation of three-dimensional Dirac semimetal state in topological insulator Bi2Se3
预测了三维拓扑绝缘体在拓扑到平凡相变的临界区域中表现出三维Dirac半金属态。在这里，我们展示了第一个实验证据的三维狄拉克半金属态的拓扑绝缘体Bi 2 Se 3与体载流子浓度为~ 10 ^19 cm^{-3}，使用磁输运测量。在低温下，我们的Bi 2Se 3晶体的电阻率表现出明显的Shubnikov-de Haas（SdH）振荡高于6 T。通过Lifshitz-Onsanger和Lifshitz-Kosevich理论对这些振荡的分析揭示了来自3D能带的非平凡π Berry相位，这是3D Dirac半金属态的决定性特征。我们的晶体中的Dingle温度和自然硒空位的大值表明，所观察到的3D狄拉克半金属态是增强的应变场和较弱的有效自旋轨道耦合的结果。
2015-04-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Third-order charge transport in a magnetic topological semimetal
本文通过第一性原理计算揭示反铁磁体ThMn2Si2的拓扑半金属态，发现其拓扑特征增强非线性输运效应，三阶电流响应对拓扑相变高度敏感，为表征磁性拓扑半金属提供有力工具。
2022-09-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
Anomalous Phase Shift of Quantum Oscillations in 3D Topological Semimetals
贝里相位物理学与物质的许多拓扑状态密切相关。最近发现的拓扑半金属被认为具有非平凡的$π$ Berry相，以在量子振荡中诱导$\pm 1/8$的相移（$+$用于空穴，$-$用于电子载流子）。考虑到Weyl和Dirac半金属的拓扑性质和Landau带间散射，我们从理论上研究了它们的Shubnikov-de Haas振荡。对于一个Weyl半金属与破缺的时间反转对称性，相移被发现非单调变化，并超出已知的值$\pm 1/8$和$\pm 5/8$。对于狄拉克半金属或顺磁性外尔半金属，时间反演对称性导致作为费米能的函数的离散相移$\pm 1/8$或$\pm 5/8$。与以往工作不同的是，我们发现在没有塞曼分裂的情况下，拓扑能带反转可以产生拍频图样。我们还发现电阻率峰值在朗道指数图中应指定为整数。我们的研究结果可以解释最近的实验在镉$_2$作为$_3$，并应有助于探索在各种三维系统的Berry相。
2016-08-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Mapping rules from nodal line semimetal to topological crystalline insulator in face centered cubic lattice
研究了在面心立方系统中，当引入自旋轨道耦合（SOC）时，在拓扑指数不能表示的结线半金属相中出现何种拓扑晶体绝缘体相.我们构造了一个包含两种不同节线相位的有效模型，并通过引入SOC计算了其中的镜像陈数，结果发现具有不同节线组态的两个节线相位映射到不同拓扑的晶体绝缘体相位.这一结果表明，关闭SOC和检查节点线配置可以区分两个拓扑晶体绝缘体相，这是以前的方法没有区分。
2020-11-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Rules for Phase Shifts of Quantum Oscillations in Topological Nodal-line Semimetals
节线半金属是拓扑半金属，其中带接触形成节线或环。在一个包围着节线的环周围，电子可以积累一个非平凡的$π$ Berry相位，所以舒布尼科夫-德哈斯（SdH）振荡中的相移可能给出了半金属的输运特征。然而，不同的实验报道了矛盾的相移，特别是在WHM半金属（W=Zr/Hf，H=Si/Ge，M=S/Se/Te）中。对于一般的半金属材料模型，我们给出了在垂直于半金属材料表面的磁场作用下电阻率SdH振荡的系统计算。从电阻率的分析结果，我们提取的一般规则，以确定任何情况下的相移，并将其应用到ZrSiS和Cu $_3$ PdN系统。根据磁场方向、载流子类型和费米表面的截面，相移显示出丰富的结果，与正常电子和外尔费米子的结果截然不同。我们的结果有助于探索拓扑线半金属的输运特征，并可以推广到其他拓扑相的物质。
2018-03-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Enhanced Dirac node separation in strained Cd3As2 topological semimetal
在拓扑半金属中，由于能带反转，节点出现在布里渊区的对称点上，并在低能量下产生准相对论无质量费米子。Cd3As2是一种三维拓扑半金属，拥有两个狄拉克锥，负责各种量子现象。在这项工作中，我们证明了应变调谐的狄拉克节点的Cd3As2通过磁光红外光谱和高分辨率的X射线衍射研究外延膜上进行的组合。在这些薄膜中，我们观察到动量空间中的节点分离的巨大增强接近4倍。实验测量和理论建模的结合允许与这种增强的起源，以加强由晶格应变驱动的拓扑带反转。我们的研究结果表明，应变可以作为一个旋钮来调整半金属的拓扑性质，并有可能提高其性能和响应各种应用。
2022-09-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Gapless vortex bound states in superconducting topological semimetals
我们发现超导拓扑半金属中的涡旋束缚态是无带隙的，这是由于在它们的正常态中存在拓扑无质量激发。我们证明了这个普遍的结果在各种半金属，包括狄拉克和Weyl半金属，三重简并自旋1费米子，自旋3/2 Rarita-Schwinger-Weyl费米子半金属和其他奇异的费米子半金属。这些无带隙束缚态的形成与$π$相超导体-正常金属-超导体（SNS）结中的Andreev镜面反射和传播Andreev模密切相关。我们进一步证明了这些无隙态是拓扑保护的，并且可以从拓扑泵浦过程中导出。
2021-02-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Imaging electronic states on topological semimetals using scanning tunneling microscopy
随着对拓扑绝缘体的深入研究，人们对无带隙拓扑系统的研究取得了很大进展。这些材料不仅拓宽了物质的拓扑分类，而且还提供了各种相对论粒子和现象的凝聚态实现，这些粒子和现象以前主要在高能物理中讨论过。外尔半金属在体电子能带结构中具有无质量的手征低能激发，而对称保护的外尔费米子对产生无质量的狄拉克费米子。我们采用扫描隧道显微镜/光谱，探索在拓扑半金属相的表面上和在本体上的电子态的行为。通过对狄拉克半金属Cd $_3$ As $_2$和Na $_3$ Bi中强磁场下的准粒子干涉和朗道能级的映射，观察到了扩展的类狄拉克体电子带.外尔半金属TaAs上的准粒子干涉成像表明，在表面投影外尔节点附近的费米弧表面态的预测动量依赖的离域。
2016-10-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Quantum Transport in Topological Semimetals under Magnetic Fields
拓扑半金属是物质的三维拓扑状态，其中传导带和价带在有限数量的点处接触，即，外尔节点拓扑半金属在Weyl节点上有成对的Berry曲率的单极子和反单极子，在某些表面上有拓扑保护的费米弧。本文根据磁场的强度，综述了我们最近在拓扑半金属中量子输运方面的工作。在弱磁场下，弱反局域化效应引起的正磁电阻率与非平凡Berry曲率引起的负磁电阻率之间存在竞争。我们提出了一个弱反局域化的磁导率的拟合公式。我们认为，弱局域化可能是由层间效应和相互作用效应引起的，并发生在双Weyl半金属中。对于拓扑半金属中由非平凡Berry曲率引起的负磁电阻，我们给出了负磁电阻与载流子密度的关系。在强磁场下，特别是在量子极限下，磁导依赖于无序散射势的类型和范围。高场正磁导率可能不是一个令人信服的签名的手征异常。对于长程高斯散射势和半填充情况，磁导率在量子极限下可以是线性的。在Weyl节点处发现了最小的电导率，尽管那里的态密度为零。
2016-09-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Topological tuning in three-dimensional Dirac semimetals
用第一性原理方法研究了三维Dirac半金属中体材料和表面材料之间的相互作用。通过结合密度泛函理论与相干势近似，我们揭示了一个拓扑相变在钠$_3$ Bi $_{1-x}$ Sb $_{x}$和镉$_3$ [As $_{1-x}$ P $_x$ ] $_2$合金，其中的材料从狄拉克半金属到一个平凡的绝缘体改变Sb或P的浓度。调整的组成，使我们能够工程的位置，大量狄拉克点在倒易空间。有趣的是，相变与导带和价带之间的带序的反转相一致。
2014-12-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Topological nodal-line semimetals in ferromagnetic rare-earth-metal monohalides
拓扑半金属将拓扑分类从绝缘体扩展到金属，极大地丰富了我们对凝聚态拓扑态的理解。这对于拓扑线半金属（TNLS）尤其如此。在本文中，我们确定层状材料作为托管TNLS的有前途的候选人。基于第一性原理计算和有效模型分析，我们提出层状铁磁稀土金属单卤化物LnX（Ln=La，Gd; X=Cl，Br）具有长期追求的拓扑相.具体而言，单层LaX和单层GdX是理想的二维（2D）Weyl半金属和大间隙2D量子反常霍尔绝缘体（QAHIs），带隙分别高达61 meV。此外，3D LaX和3D GdX分别是具有一对镜像对称保护的节线和3D弱QAHIs的TNLS。3D LaX中贯穿整个布里渊区（BZ）的节线对于强自旋轨道耦合（SOC）具有相当强的鲁棒性，并且位于费米能级附近，为探索非线性线费米子的奇异性质以及相关器件设计提供了一个新的平台。
2019-01-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Topological piezoelectric effect and parity anomaly in nodal line semimetals
晶格变形作为有效轴向矢量场作用于狄拉克材料的低能激发。这允许通过对轴向规范场的响应来直接检测狄拉克材料的量子异常。研究了Dirac节线半金属中晶格振动引起的宇称反常，建立了拓扑压电效应，即，周期性晶格变形产生横向于变形场的拓扑霍尔电流。由这种压电效应引起的电流是无耗散的，其大小完全由节环的长度决定，导致半量子化的输运系数。我们的理论建议可以在实验上实现在各种节线半金属，如CaAgP和Ca $_{_3}$ P ${_2}$。
2020-12-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Unconventional Resistivity Scaling in Topological Semimetal CoSi
半金属中的非平凡能带拓扑结构导致了可以对总传导起主导作用的鲁棒表面态。与传统金属相反，这可能导致电阻率降低，特征尺寸减小，这可能会严重影响半导体工业。在这里，我们研究了一个代表性的拓扑半金属CoSi的电阻率缩放使用现实的能带结构和格林函数方法。结果表明，存在一个临界厚度dc，它划分了不同的标度趋势.在d_c以上，当缺陷密度较低，表面导电占主导地位时，电阻率随厚度的减小而减小;当缺陷密度较高，体导电占主导地位时，电阻率随厚度的减小而增大。低于d_c时，表面态的持久残余导致电阻率下降到最小值，这与拓扑绝缘体不同。所观察到的CoSi标度可以适用于广泛的拓扑半金属类，材料筛选和工程提供指导方针。我们的研究表明，拓扑半金属承担克服电阻率缩放的挑战，在后端的线互连应用的潜力。
2022-09-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Generating Weyl semimetals from alkali metals
我们报告发现的时间反演对称Weyl半金属通过修改模型哈密顿描述传统的碱金属的电子性质。人工生成的外尔半金属在其体能带结构中具有四个孤立的外尔节点，并显示出由拓扑保护表面态产生的特征表面费米弧。外尔半金属是介于传统带状绝缘体和三维拓扑绝缘体之间的中间态。从传统金属生成拓扑外尔半金属，开辟了一条新的途径，对简单材料托管外尔费米子的确定性设计。
2018-04-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Non-topological Origin of the Planar Hall Effect in Type-II Dirac Semimetal NiTe2
Dirac和Weyl半金属是新发现的拓扑非平凡材料，在Dirac/Weyl点附近具有线性带色散。当施加非正交的电流和磁场时，会出现一种称为手征异常的奇异现象，并且可以检测到负纵向电阻。最近，一种新的现象--平面霍尔效应（PHE）被认为是在许多拓扑半金属中观察到的手征反常的另一种表征。然而，PHE是否仅仅是由手征反常引起的仍然是一个问题。在这里，我们证明了PHE在一个新发现的II型狄拉克半金属NiTe 2的低温输运。然而，经过详细的分析，我们得出结论，PHE的结果从平凡的轨道磁阻。这一工作揭示了PHE不是手性反常的充分条件，在这类研究中需要特别注意其他非拓扑贡献。
2019-01-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Topological invariants for three dimensional Dirac semimetals and four dimensional topological rotational insulators
狄拉克半金属是一类由某些类型的晶体对称性保护的半金属相，其低能有效哈密顿量由三维（3D）狄拉克方程描述。尽管有各种理论研究，但描述狄拉克半金属拓扑性质的理论尚未完全建立。在这篇工作中，我们通过在四维（4D）中建立3D Dirac半金属和拓扑晶体绝缘体之间的映射，定义了3D Dirac半金属的拓扑不变量。我们证明了这一计划，通过构建一个紧束缚模型的4D拓扑晶体绝缘体的旋转对称性的保护。一种新的拓扑不变量，“旋转陈数”，被证明是该系统的拓扑特征。作为旋转陈数的结果，在这个4D系统的3D表面上发现了无间隙的狄拉克点。对于具有两个表面的平板，我们发现相应的两个表面态的低能有效理论可以直接映射到3D Dirac半金属的低能有效理论，这表明3D Dirac半金属的拓扑性质可以用4D中定义的转动Chern数来表征.我们的方案提供了一个新的系统的方法来提取拓扑半金属相的拓扑性质。
2016-05-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Magnetic-Field Induced Semimetal in Topological Crystalline Insulator Thin Films
研究了拓扑晶体绝缘体（TCI）薄膜在外电磁场作用下的电磁特性。TCI薄膜是一种以镜像陈数为指标的拓扑绝缘体。结果表明，在面内磁场作用下，随着一对具有相反手征的无隙锥的出现，带隙闭合。一对无间隙点具有相反的涡数。这是一个回忆的一对外尔锥在三维外尔半金属。因此，我们提出了一个磁场诱导的半金属-半导体转变的二维材料。这是一种巨磁阻效应，其电阻率受磁场控制。我们发现，外加电场使无带隙点发生位移，并使费米速度沿面内磁场的方向重整化。
2014-10-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Helical Spin Order from Topological Dirac and Weyl Semimetals
我们研究了拓扑Dirac和Weyl半金属的动力学质量产生和由此产生的螺旋自旋序，包括量子自旋Hall绝缘体的边缘态、弱拓扑绝缘体的表面态和Weyl半金属的体材料.特别地，外尔半金属的螺旋自旋织构以可见的方式显示了外尔费米子的自旋-动量锁定。螺旋序的自旋波波动携带电荷密度;因此，可以以简单且可预测的方式电控制自旋织构。
2015-08-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Topological semimetals studied by ab initio calculations
在拓扑半金属中，如外尔、狄拉克和螺旋线半金属，带隙在k空间中的点或线上闭合，这些点或线不一定位于布里渊区的高对称位置。因此，通过从头计算找到这些拓扑半金属并不简单，因为能带结构通常仅沿着高对称线计算。本文综述了近年来拓扑半金属的从头算研究进展。我们解释的理论框架，可用于搜索拓扑半金属材料，和一些从头计算中使用的数值方法。
2018-02-03 cond-mat.mtrl-sci
Classification of reflection symmetry protected topological semimetals and nodal superconductors
虽然绝缘体、半金属和超导体在非空间对称性方面的拓扑分类是很好理解的，但对晶体对称性（如镜面反射和旋转）保护的拓扑状态知之甚少。在这项工作中，我们系统地分类拓扑半金属和节点超导体的保护，不仅由非空间（即，全球）对称，而且还通过晶体反射对称。我们发现这种分类主要取决于（i）半金属（超导体）的费米面（节点线或节点）的余维，（ii）镜像对称与非空间对称是交换还是反交换，以及（iii）费米面（节点线或节点）在镜像反射和非空间对称下如何变换。该分类是通过检查所有可能的可添加到布洛赫或Bogoliubov-德Gennes哈密顿量在一个给定的对称类，并明确推导出拓扑不变量允许的质量项。我们讨论了反射对称保护的拓扑半金属和节点超导体的几个例子，包括具有镜像$\mathbb{Z}_2$数的拓扑晶体半金属和具有镜像绕组数的拓扑晶体节点超导体。
2014-11-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Chemical Principles of Topological Semimetals
随着拓扑绝缘体的发现，拓扑非平凡材料在过去的十年里引起了物理学界的极大兴趣。拓扑半金属是该领域的最新成员之一，其材料类别以极快的速度增长。虽然拓扑半金属的原型石墨烯已经被发现了一段时间，但石墨烯的第一个3D类似物最近才被发现。这篇综述，从化学的角度写的，旨在使拓扑半金属的日益增长的领域访问更广泛的社区材料科学家和相关学科的学者。为此，我们描述了拓扑半金属的关键特征，嵌入其电子结构，以及如何根据化学原理实现它们。我们介绍了不同类别的拓扑半金属和审查其突出的代表。最后，这些材料的选择性能和潜在的应用进行了讨论。
2018-04-27 cond-mat.mtrl-sci
Open Type Nodal line Topological Semimetal in Two Dimensional B2C
拓扑半金属，包括Dirac半金属、Weyl半金属和节线半金属，由于其内在的拓扑性质和迷人的性质而引起了人们极大的研究兴趣。利用密度泛函理论，我们发现在二维单层B2 C的低能电子中，节线半金属和Dirac半金属可以共存。有趣的是，除了I型和II型狄拉克费米子外，费米能级周围还出现了一种开放的节线。B_2C片层的低能电子性质可用紧束缚（TB）模型描述，该模型依赖于B-py，pz和C-py，pz态。该系统的一个最大优点是这四种拓扑半金属的能量窗口不同，在实验中很容易区分。该系统为研究不同类型半金属间的相互作用提供了良好的平台。
2017-10-14 cond-mat.mtrl-sci
Topological semimetal in honeycomb lattice LnSI
作为标准模型中的基本粒子，凝聚态中的外尔费米子越来越受到人们的关注。然而，大多数先前发现的外尔半金属都表现出相当复杂的电子结构，这反过来可能会引发有关基础物理的问题。在这里，我们报告的第一次有前途的拓扑阶段，可以实现在特定的蜂窝晶格，包括理想的外尔半金属结构，三维强拓扑绝缘体，和半金属配置的螺旋线。特别是，我们强调了一种新颖的半金属具有外尔节点和节点线。在此模型的指导下，我们证明了GdSI（长期以来被认为是理想的Weyl半金属）具有两对位于费米能级的Weyl节点，LuSI（YSI）是具有右手螺旋表面态的三维强拓扑绝缘体.我们的工作提供了一种新的机制来研究拓扑半金属，并提出了一个平台，探索外尔半金属的物理以及相关的器件设计。
2017-04-13 cond-mat.mtrl-sci
Observation of a phononic higher-order Weyl semimetal
外尔半金属是一种特殊的系统，其中的奇异现象，如费米弧，伪规范场和量子异常，是由晶体固体中的电子和光子声子的超材料的拓扑带简并引起的。另一方面，高阶拓扑绝缘体揭示了超越传统体边对应的有趣的多维拓扑物理。然而，尚不清楚高阶拓扑是否可以出现在外尔半金属中。在这里，我们报告的实验发现高阶外尔半金属在其声子模拟表现出拓扑保护的边界状态在多个维度。我们在单轴螺旋对称的手征声子晶体中建立了高阶外尔半金属的物理实现。利用近场光谱，我们观察到了表面上的手征费米弧和铰链边界上的一种新的铰链弧态。这些拓扑边界弧态连接了外尔点在不同维度和方向上的投影，从而证明了外尔半金属中的高阶多维拓扑物理。我们的研究建立了晶体材料中高阶拓扑和Weyl物理之间的基本联系，并揭示了高阶拓扑半金属的新视野，其中可能出现前所未有的材料，如高阶拓扑半金属线。
2020-11-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Role of topological charges in the nonlinear-optical response from Weyl semimetals
本研究探究拓扑荷对多外尔半金属非线性光学响应的影响，发现激光驱动电流、反常电流均带拓扑荷特征，强场下反常电流与拓扑荷不再成正比，且拓扑荷显著影响高次谐波的产率与能量截止值。
2023-06-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
High-pressure lithium as an elemental topological semimetal
拓扑半金属通常含有重元素。利用密度泛函理论计算，我们预测了三种致密锂多晶型体在200- 360 GPa压力范围内显示出非平凡的半金属电子结构。具体地说，这些高压相呈现出费米口袋，这些费米口袋在$\boldsymbol{k}$空间中的环上退化，围绕该环的$\bm k$空间路径由$\pm π$ Berry相穿过。因此，这些致密的锂相是涉及单个轻元素的拓扑节环半金属。
2019-04-26 cond-mat.mtrl-sci
Excellent catalytic performance towards the hydrogen evolution reaction in topological semimetals
物质的拓扑态及其相应的性质是凝聚态物理中的经典研究课题。最近，具有这些状态的材料的应用已经扩展到电化学催化领域，并成为一个新兴的研究课题，正在受到越来越多的关注。特别是，最近进行的拓扑半金属的实验研究已经揭示了对析氢反应（HER）的高催化性能，强烈促进接受拓扑催化剂的新概念。这一新兴概念在过去几年中经历了迅速发展，但这些发展很少得到概述。本文从Weyl半金属、Dirac半金属、节线半金属等拓扑半金属出发，综述了拓扑催化剂在HER反应中的研究进展，并对拓扑催化剂的发展历程、一般研究路线和基本机理进行了系统分析。
2023-01-18 cond-mat.mtrl-sci
Origin of the Electron-Phonon Interaction of Topological Semimetal Surfaces Measured with Helium Atom Scattering
He原子散射已被证明是金属和金属覆盖层表面的电子-声子相互作用参数$λ$的灵敏探针。本文表明，将$λ$与原子散射谱的热衰减（Debye-Waller因子）联系起来的理论，可以应用于拓扑半金属表面，如准一维电荷密度波系统Bi（114）和层状磷属元素硫属化物。
2020-01-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Torsional chiral magnetic effect in Weyl semimetal with topological defect
我们提出了一种类似于手征磁效应的外尔半金属中晶格位错引起的扭转响应，即由螺位错或刃位错引起的虚构磁场诱导电荷电流。我们表明，在鲜明的对比，通常的手征磁效应消失在真正的固态材料，扭转手征磁效应存在，即使是现实的晶格模型，这意味着实验检测的效果，通过SQUID或非局部电阻率测量外尔半金属材料。
2016-03-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci hep-th
Topological Materials: Weyl Semimetals
拓扑绝缘体和拓扑半金属都是一类新型的量子材料，它们的特征是由体能带结构的拓扑结构诱导出表面态。拓扑狄拉克或外尔半金属显示线性分散的圆形节点，称为狄拉克或外尔点，作为石墨烯的三维类似物。我们回顾的基本概念，并比较这些拓扑状态的物质从材料的角度，特别侧重于外尔半金属。TaAs家族是以教学方式介绍Weyl点签名的理想材料类别，从费米弧到手性磁输运性质，然后在WTe2，MoTe2和相关化合物中寻找II型Weyl半金属。许多材料都是大族的成员，并且可以调整拓扑属性。作为一个例子，我们介绍了多功能拓扑材料，Heusler化合物，其中既可以找到拓扑绝缘体和磁性Weyl半金属。
2016-11-21 cond-mat.mtrl-sci
Recent advancements in the study of intrinsic magnetic topological insulators and magnetic Weyl semimetals
拓扑绝缘体和拓扑半金属的研究一直处于凝聚态物理和材料科学的前沿。这两类材料的特征在于由本体能带结构的拓扑结构产生的稳健的表面状态，并表现出奇异的输运性质。当磁性存在于拓扑材料中并打破时间反演对称性时，可以产生更多奇异的量子现象，如量子反常霍尔效应、轴子绝缘体、大本征反常霍尔效应等。本文简要综述了磁性拓扑材料，包括内禀磁性拓扑绝缘体和磁性Weyl半金属的最新研究进展。
2020-08-25 cond-mat.mtrl-sci
Topological Luttinger semimetallic phase accompanied with surface states realized in silicon
通过系统的第一性原理计算和模型分析，研究了体心硅（BC 8-Si）的晶格常数a和内部原子坐标x的完整相图，表明BC 8-Si是一种拓扑Luttinger半金属（LSM），伴随着拓扑非平凡的表面态，并且通过对a和x的微小改变，可以将BC_8-Si的电子性质进一步调谐到正常绝缘体或拓扑狄拉克半金属。这些结果成功地解释了BC 8-Si相互矛盾的输运报告。更重要的是，LSM相中的拓扑表面态填补了拓扑物质与硅之间的空隙，这为拓扑量子器件与硅芯片的集成提供了机会。
2021-03-04 cond-mat.mtrl-sci
Reducing electronic transport dimension to topological hinge states by increasing geometry size of Dirac semimetal Josephson junctions
拓扑相的概念已被扩展到高阶，并已推广到不同的维度。作为范例，Cd3As2被预测为高阶拓扑半金属，具有三维（3D）体狄拉克费米子，二维（2D）费米弧，和一维（1D）铰链状态。这些拓扑状态在电子输运中具有不同的特征长度尺度，允许在改变样本大小时区分它们的属性。在这里，我们报告了一个异常的尺寸减少的超电流输运的狄拉克半金属Cd 3 As 2为基础的约瑟夫森结的大小增加。当结沟道长度增加时，观察到超导量子干涉从标准的夫琅和费模式向超导量子干涉器件（SQUID）模式的演化。类似SQUID的干涉图样表明了流经一维铰链的超电流。一维铰链态的识别对于更深入地理解三维狄拉克半金属中的高阶拓扑相是有价值的。
2020-04-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Novel $\mathbb{Z}_2$-topological metals and semimetals
本文报道了$\mathbb{Z}_2$的两个理论发现--拓扑金属和半金属。首先证明了任意维的$\mathbb{Z}_2$费米面与费米点是拓扑等价的。然后，将著名的常规不通过定理推广到所有情况下的总拓扑荷为零，该定理以前只在没有任何离散对称性的周期系统中的$\mathbb{Z}$ Fermi点上得到证明。最值得注意的是，我们发现并证明了一个非传统的强不去定理：所有的$\mathbb{Z}_2$费米点有相同的拓扑电荷$ν_{\mathbb{Z}_2} =1$或$0$周期系统。此外，我们还建立了所有六种拓扑类型的$\mathbb{Z}_2$模型的真实的物理尺寸。
2015-12-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Observation of a flat and extended surface state in a topological semimetal
拓扑平带，也称为鼓面态，是驱动新的奇异拓扑量子相的理想平台。使用角分辨光电子能谱实验，我们揭示了拓扑半金属BaAl 4中高度局部化的可能鼓面表面态的出现，并提供了其完整的能量和动量空间拓扑。我们发现，所观察到的表面状态是高度本地化的动量，一个正方形的体积狄拉克节环内，并在能量，导致一个平坦的带和峰值的状态密度。这些结果为这类材料的鼓面表面态的实验实现奠定了基础，并为今后拓扑量子相变的基础物理研究提供了重要参考。
2021-11-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Suppression of second-harmonic generation from linear bands in the topological multifold semimetal RhSi
最近在拓扑Weyl半金属TaAs的实验中观察到了破纪录的二次谐波产生，这是由$ω$处的入射光源产生的$2ω$处的非线性光学响应。然而，二次谐波产生是否在拓扑半金属中得到增强是一个具有挑战性的公开问题，因为它们的能带结构纠缠于平凡带和拓扑带交叉的贡献。在这项工作中，我们绕过这个问题，通过研究RhSi，一个手征拓扑半金属与一个简单的能带结构拓扑多重费米子接近费米能量。我们测量二次谐波产生（SHG）在一个宽的频率窗口，$ω\in [0.27,1.5]$ eV，并使用第一原理计算，我们建立，由于其线性色散，多重费米子的贡献，SHG是次显性的布里渊区与其他地区相比。我们的计算表明，部分频带的色散是相对平坦的显着的SHG的贡献。作为一个整体，我们的研究结果提出了途径，以提高SHG的反应。
2021-02-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Topological semimetal state and field-induced Fermi surface reconstruction in antiferromagnetic monopnictide NdSb
报道了在反铁磁基态材料NdSb中实现狄拉克半金属态的实验。我们的能带结构计算和手征反常引起的负磁电阻的实验观察都很好地支持了拓扑半金属态的存在。观察到一种场致费米面重构，响应于自旋极化的变化。磁性材料中拓扑半金属态的观测为研究磁拓扑现象提供了机会。
2018-03-16 cond-mat.mtrl-sci
Two-dimensional topological nodal line semimetal in layered $X_2Y$ ($X$ = Ca, Sr, and Ba; $Y$ = As, Sb, and Bi)
在拓扑半金属中，狄拉克点可以形成零维和一维流形，分别如狄拉克/外尔半金属和拓扑节线半金属所预测的那样。在这里，基于第一性原理计算，我们预测的拓扑节线半金属相的二维化合物$X_2Y$（$X$ =钙，锶，钡; $Y$ =砷，锑，铋）在没有自旋轨道耦合（SOC）与带反转在M点。镜像对称性以及静电相互作用，可以通过应变工程，负责非平凡的阶段。此外，我们还证明了奇异的边缘态也可以在没有和有SOC的情况下得到，尽管当包含SOC时，体态的节线处出现了一个微小的间隙。
2017-02-15 cond-mat.mtrl-sci
Topological Signatures in Nodal Semimetals through Neutron Scattering
拓扑结点半金属由于其带接触结点的拓扑保护作用而具有多种迷人的电子性质。中子散射，尽管它的权力在探测基本激发，并没有被常规应用于拓扑半金属，主要是由于缺乏一个明确的中子响应和拓扑签名之间的联系。在这项工作中，我们从理论上研究的作用，中子散射可以发挥揭开拓扑节点功能：一个大的磁中子响应与光谱非解析性可以产生单独的节点带。导出了一般拓扑节块金属的动力学结构因子的新公式。对于Weyl半金属，我们证明了Weyl节点的位置、费米速度和手征反常的特征都可以留下标志性的中子谱响应。我们的工作提供了一个基于中子的途径探测散装拓扑材料。
2022-01-10 cond-mat.mtrl-sci
CaTe: a new topological node-line and Dirac semimetal
近年来，拓扑半金属的研究引起了人们的极大兴趣。结合第一性原理计算和有效模型分析，我们预测在忽略自旋轨道耦合（SOC）的情况下，CaTe是拓扑结线半金属.我们还得到了具有鼓面特性的近平坦表面态。当包含SOC时，三条节点线沿$M-R$线演化为一对Dirac点。这些狄拉克点是鲁棒的，并且受到$C_{4}$旋转对称性的保护。一旦这种晶体对称性被打破，狄拉克点将被消除，系统成为强拓扑绝缘体。
2016-05-25 cond-mat.mtrl-sci
