Elemental topological Dirac semimetal: α-Sn on InSb(111)
三维拓扑狄拉克半金属是研究奇异电子性质和拓扑相变的重要平台。TDS的一个典型特征是与费米能级附近的体电子态相关联的3D狄拉克费米子。利用角分辨光电子能谱（ARPES），我们在InSb（111）衬底上外延生长的α-Sn薄膜中观察到了这种体狄拉克锥，这是第一个以元素形式实现的TDS系统。第一性原理计算证实了外延应变是形成TDS相的关键。建立相图，其通过零间隙半金属相的奇点将3D TDS相连接到拓扑绝缘体（TI）相。随着膜厚度的减小，狄拉克锥的性质从3D跨越到2D。
2017-03-22 cond-mat.mtrl-sci
Impact of epitaxial strain on the topological-nontopological phase diagram and semimetallic behavior of InAs/GaSb composite quantum wells
通过输运测量和八带$\mathbf{k\cdot p}$计算，研究了外延应变对量子自旋霍尔绝缘体的主体结构InAs/GaSb复合量子阱（CQW）电子性质的影响.使用不同的衬底和缓冲层结构的晶体生长，我们准备了两种类型的样品有很大不同的应变条件。具有几乎无应变的GaSb层的CQWs在电荷中性点处表现出电阻峰值，其反映了带反转制度中的拓扑间隙的开口。相反，对于在GaSb层中具有0.50\%双轴拉伸应变的CQW，对于相同程度的带反转，发现表明能隙闭合的半金属行为。此外，与拉伸应变，拓扑和非拓扑制度之间的边界位于一个较大的InAs厚度。八带$\mathbf{k\cdot p}$计算表明，GaSb中的拉伸应变不仅改变了相界，而且显著地改变了能带结构，这可能导致间接能隙的闭合，使系统在拓扑状态下也是半金属的.因此，我们的研究结果提供了一个全球性的拓扑-非拓扑相图的层厚度和应变的函数。
2020-02-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electrochemical Grafting of Naphthylmethyl Radicals to Epitaxial Graphene: A Versatile Platform to Reversibly Engineer the Band Structure and Transport Properties of Graphene
Kolbe电化学氧化策略已被用于实现α-萘基甲基官能团到石墨烯的有效准可逆电化学接枝。该方法有助于石墨烯中的可逆带隙工程和电化学可擦除有机介电膜的制备。图为两个系统的拉曼D波段图。
2013-08-07 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Emerging edge states on the surface of the epitaxial semimetal CuMnAs thin film
CuMnAs外延薄膜由于其在相对论反铁磁自旋电子学和奇异拓扑物理学方面的潜在应用而引起了人们的关注。本文报道了用扫描隧道显微镜（STM）和密度泛函理论（DFT）研究的四元CuMnAs薄膜的结构和电子性质。STM揭示了一个表面终止的原子，与预期的半金属行为。观察到一个意想不到的锯齿形台阶边缘表面重建与新兴的电子态低于费米能量。DFT计算表明，台阶边缘重建可以归因于作为缺陷，导致在台阶边缘的剩余的As原子的态密度的变化。对CuMnAs薄膜的表面结构和台阶边缘的理解将有助于深入研究其拓扑性质和磁性。
2020-02-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
High quality epitaxial thin films and exchange bias of antiferromagnetic Dirac semimetal FeSn
FeSn是一种拓扑半金属（TSM）和kagome反铁磁体（AFM），由Fe 3Sn kagome晶面和蜂窝状Sn晶面交替组成。这种独特的结构在能带结构中产生了奇异的特征，例如狄拉克锥和费米能级附近的平带共存，完全自旋极化的2D表面狄拉克费米子，以及通过重新定向Néel矢量在狄拉克锥中打开大间隙的能力。在这项工作中，我们报告了高质量的外延（0001）FeSn薄膜的磁控溅射合成。使用FeSn/Py异质结，我们表现出大的交换偏置效应，在5 K时达到220 Oe的交换场，在我们的薄膜中提供了明确的反铁磁性和强层间交换耦合的证据。场循环研究显示了陡峭的初始训练效果，突出了复杂的磁相互作用和各向异性。重要的是，我们的工作提供了一个简单的，替代的手段来制造FeSn薄膜和异质结构，使其更容易探索AFM TSM的拓扑物理和发展FeSn为基础的自旋电子学。
2020-07-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
ZrTe2/CrTe2: an epitaxial van der Waals platform for spintronics
二维（2D）范德华（vdW）量子材料的快速发现导致了集成不同量子功能（诸如拓扑相、磁性和超导性）的异质结构。在这种情况下，具有良好控制的界面的vdW异质结构的外延合成是一种有吸引力的途径，用于系统地探索基本特性和形成概念验证器件的晶片级平台。在这里，我们使用分子束外延合成的vdW异质结构，接口当代感兴趣的两个材料系统：一个二维铁磁体（1 T-CrTe 2）和拓扑半金属（ZrTe 2）。我们发现一个单胞（u.c.）在ZrTe 2上外延生长的厚1 T-CrTe 2是具有明显反常霍尔效应的二维铁磁体。在较厚的样本（12 u.c.厚CrTe 2），反常霍尔效应具有可能由实空间Berry曲率引起的特性。最后，在LiCrTe 2（3 u.c.厚度），我们证明了电流驱动的磁化开关在一个完整的vdW拓扑半金属/2D铁磁体异质结器件。
2021-11-16 cond-mat.mtrl-sci
Versatile strain relief pathways in epitaxial films of (001)-oriented PbSe on III-V substrates
本研究揭示了PbSe在III-V衬底上通过多种界面缺陷机制实现应变释放，展示了其作为异质外延集成平台的丰富潜力。
2022-10-11 cond-mat.mtrl-sci
Epitaxial growth, magnetoresistance, and electronic band structure of GdSb magnetic semimetal films
基于稀土族元素化物（RE-V）晶体中的极磁阻效应（XMR）的观察以及基于薄膜半金属的新型自旋电子和等离子体器件的新兴应用，我们研究了生长在III-V族半导体表面上的外延GdSb薄膜的电子能带结构和输运行为。GdSb中的Gd 3+离子具有高自旋S=7/2，并且没有轨道角动量，作为一个模型系统，用于研究反铁磁有序和强交换耦合对RE-Vs的费米表面和磁输运性质的影响。我们提出了一个表面和结构表征研究，映射了在III-V晶格上生长的薄外延GdSb薄膜的最佳合成窗口。通过分子束外延匹配缓冲层。为了确定限制RE-V薄膜中XMR的因素并为RE-V拓扑相的能带结构预测提供基准，研究了GdSb薄膜的电子能带结构，比较了从磁输运、角分辨光电子能谱（ARPES）和密度泛函理论（DFT）计算中提取的载流子密度。ARPES显示空穴载流子丰富的拓扑平凡的半金属能带结构接近完全的电子空穴补偿，通过量子阱态的存在观察到的薄膜中的量子限制效应。DFT预测的费米波矢量与从磁场相关的电阻率测量中观察到的量子振荡获得的值非常一致。尽管空穴载流子密度较高，但测量到富电子霍尔系数，这归因于较高的电子霍尔迁移率。载流子迁移率受到表面和界面散射的限制，导致比体晶体测得的磁阻低。
2022-10-26 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Design, fabrication, and performance of a versatile graphene epitaxy system for the growth of epitaxial graphene on SiC
本文设计制造了可在高真空至氩气大气压下工作的自动化GrapE炉，支持多种SiC外延石墨烯生长方法，并通过多类表征验证了高质量石墨烯的制备能力。
2024-03-04 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Anisotropic transverse magnetoresistance temperature dependence in Mn3Ga Weyl semimetal with chiral anomaly
研究了c取向外延GaN/Mn3Ga薄膜的横向磁阻，发现200-300 K下磁阻从负线性转为正二次依赖，230 K处发生金属-半导体转变，不对称性源于磁八极簇自旋极化电流，第一性原理计算证实自旋结构重排。
2024-11-13 cond-mat.mtrl-sci
Gate-tunable electronic properties of epitaxial Bi (111) films using a printable hexagonal boron nitride ionogel
Argonne National Laboratory（阿贡国家实验室）；Northwestern University（西北大学）；Case Western Reserve University（凯斯西储大学）；University of California, Riverside（加州大学河滨分校）
本研究采用可印刷六方氮化硼离子凝胶实现外延Bi (111)薄膜的低压顶栅调控，发现其电子输运存在非刚性带响应，确立了该离子凝胶门控可有效调控拓扑半金属多带输运的方法。
2026-08-11 cond-mat.mtrl-sci
Super-tetragonal Sr4Al2O7: a versatile sacrificial layer for high-integrity freestanding oxide membranes
本研究提出超四方Sr4Al2O7（SAOT）作为新型水溶性牺牲层，利用其低对称结构的高应变承受能力实现无裂纹、毫米级高质量自支撑氧化物薄膜制备，推动氧化物电子与柔性器件发展。
2023-10-06 cond-mat.mtrl-sci
Inversion Symmetry Breaking in Epitaxial Ultrathin Bi (111) Films
该研究在InSb衬底上外延生长Bi(111)超薄膜，发现界面作用导致反演对称性破缺，并证实表面态拓扑平凡，阻止了半金属-半导体转变。
2025-04-21 cond-mat.mtrl-sci
Magnetization switching induced by spin-orbit torque from Co2MnGa magnetic Weyl semimetal thin films
研究了Co2 MnGa磁性Weyl半金属（WSM）薄膜中自旋电流产生的自旋轨道矩（SOT）引起的磁化翻转。我们在MgO（001）衬底上外延生长了具有高度B2有序结构的Co2 MnGa薄膜。在Co2 MnGa/Ti/CoFeB异质结中进行了SOT的谐波霍尔测量，获得了较大的自旋霍尔效率（-7.8%），并进一步证实了垂直磁化CoFeB层的SOT感生磁化翻转.二次谐波信号的对称性，自旋霍尔效率的厚度依赖性，和移动的反常霍尔环下施加电流进行了研究。本研究不仅有助于理解磁性WSM基异质结产生自旋电流的机制，而且为磁性WSM在自旋电子器件中的应用奠定了基础。
2021-01-18 cond-mat.mtrl-sci
Enhanced magnetic and thermoelectric properties in epitaxial polycrystalline SrRuO3 thin film
过渡金属氧化物薄膜显示出通用的电、磁和热性能，其可以通过经由多晶固体有意地引入宏观晶界来定制。在这项研究中，我们专注于修改的磁性和热输运性能的制造单和多晶外延SrRuO3薄膜，使用脉冲激光外延。采用原子级平坦的多晶SrTiO_3衬底外延稳定化技术，实现了每个晶粒的结晶质量与单晶对应物的结晶质量相当的外延多晶SrRu_3薄膜。特别是，减轻压缩应变附近的晶界，由于合并证明结构，这诱导增强的多晶外延薄膜的铁磁有序。与晶界相关联的结构变化进一步降低了热导率而不恶化电子输运，并且与它们的单晶对应物相比，导致外延多晶薄膜中增强的热电效率。
2018-04-17 cond-mat.mtrl-sci
Versatile electronic properties and exotic edge states in single-layer tetragonal silicon carbides
采用密度泛函理论计算了三种单层四元碳化硅（SiC），分别命名为T1，T2和T3。虽然这三种结构具有相同的拓扑几何结构，但它们具有从半导体（T1）、半金属（T2）到金属（T3）的多种电子性质，这种多样性源于Si和C原子之间的丰富键。三种SiC的纳米带也显示出有趣的电子性质。特别是，T1纳米带具有奇异的边缘态，其中电子仅分布在一个边缘的硅或碳原子上。T1纳米带的带隙是恒定的，因为边缘态之间没有相互作用。
2016-01-10 cond-mat.mtrl-sci
Dirac semimetal strontium iridate thin films with strong spin-orbit interaction for magnetic heterostructures
Kotelnikov Institute of Radio Engineering and Electronics, Russian Academy of Sciences（俄罗斯科学院科捷利尼科夫无线电工程与电子研究所）；National Research University "Higher School of Economics", Faculty of Physics（国立研究大学高等经济大学物理系）；Moscow Institute of Physics and Technology (National Research University)（莫斯科物理技术学院（国立研究大学））
研究了SrIrO$_3$薄膜及其异质结构的电子与磁输运特性，揭示了五种基板晶格失配引起的外延应变弛豫和强自旋-轨道相互作用对输运特性的显著影响，为未来自旋电子氧化物异质结构提供了依据。
2025-11-04 cond-mat.mtrl-sci
Complex magnetic phases enriched by charge density waves in topological semimetals GdSb_xTe_{2-x-δ}
晶体的对称性、磁性、能带拓扑和电子关联的相互作用可能是凝聚态中量子相变的起源。特别是，正方形晶格材料一直作为一个多功能的平台来研究这种相互作用所产生的丰富现象。在这项工作中，我们报告了一个详细的磁性研究的正方形晶格为基础的磁性拓扑半金属GdSb_{x} Te_{2-x-δ}。我们报告沿三个晶体学取向的H-T磁相图，并表明，对于那些材料的电荷密度波畸变是已知存在的，许多不同的磁相被确定。此外，这些数据提供了一个线索，反铁磁skyrmion相的存在，这已经在理论上预测，但尚未在大块材料的实验证实。
2020-11-25 cond-mat.mtrl-sci
Epitaxial stabilization of magnetic GdAuSb/LaAuSb superlattices
University of Wisconsin Madison（威斯康星大学麦迪逊分校）；The State University of New York, Buffalo（纽约州立大学布法罗分校）；Argonne National Laboratory（阿贡国家实验室）
通过分子束外延在Al₂O₃基底上稳定GdAuSb/LaAuSb超晶格，展现原子级界面和磁拓扑序调控新平台。
2026-03-06 cond-mat.mtrl-sci
Type-II Dirac line node in strained Na3N
狄拉克线节点（DLN）半金属是一类在动量空间中具有带交叉线的拓扑半金属。我们研究了类型-I和类型-II的DLN半金属的分类，通过开发一个标准，确定使用带速度的类型。使用第一性原理计算，我们还预测，Na 3 N下的外延拉伸应变实现了II型DLN半金属与消失的自旋轨道耦合（SOC），其特征在于由Berry相，这是Z2量子化的反转和时间反转对称性的存在。计算了表面能谱以证明拓扑相，并通过计算带速度证明了II型性质。我们还开发了一个紧束缚模型和一个低能有效的哈密顿量来描述应变Na 3 N的低能电子结构。发生的DLN在Na 3 N应变下被捕获的光学电导率，我们建议作为一种手段，以实验确认的DLN半金属的II型类。
2018-07-23 cond-mat.mtrl-sci
Observation of 2D Weyl Fermion States in Epitaxial Bismuthene
二维Weyl半金属是一种新的物质拓扑相，具有自旋极化线性带色散和节点费米面。它是外尔费米子在本征二维系统中的固态实现。二维Weyl锥的非平凡拓扑保证了一种新形式的拓扑保护边界态--费米弦边态的存在。在这项工作中，我们报告的实现二维Weyl半金属在单层厚的外延铋生长在SnS（Se）衬底上。铋的本征带隙被空间反转-破缺衬底微扰消除，导致无带隙的自旋极化外尔带色散。在我们的自旋和角分辨光电发射测量中观察到外尔费米子态的线性色散和自旋极化。此外，扫描隧道显微镜/光谱揭示了一个明显的局域态密度的边缘，这表明费米弦边缘态的存在。这些结果为在实验上探索降维Weyl费米子态的奇异性质打开了大门。
2023-03-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Observation of the quantum Hall effect in confined films of the three-dimensional Dirac semimetal Cd3As2
研究了三维Dirac半金属Cd3As2外延薄膜的磁输运性质。我们发现，一个能隙打开足够的薄膜的体电子态，在低温下，载流子驻留在表面状态占主导地位的电输运。处于这些状态的载流子足够移动以产生量子化的霍尔效应。尖锐的量子化表明，表面传输，几乎是免费的寄生体传导，并铺平了道路，在这类拓扑材料的新的量子输运研究。我们的研究结果还表明，异质结构的方法可以用来研究和工程的量子态的拓扑半金属。
2017-11-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tuning the electronic structure of α-antimonene monolayer through interface engineering
从衬底的界面电荷转移可能会影响外延范德华（vdW）单层的电子结构，从而影响其进一步的技术应用。例如，在起皱的蜂窝状相（α-锑烯）中的独立的Sb单层，黑色磷烯的结构类似物，被预测为半导体，但是当在Td-WTe 2衬底上生长时，外延层表现为无间隙半金属。在这里，我们表明，界面工程可以应用于调整界面电荷转移，从而外延单层的电子带。结果表明，在SnSe衬底上成功地获得了带隙约为170 meV的半导体α-锑烯单层膜。此外，在双层α-锑烯中观察到半金属-半金属的交叉。这项研究铺平了道路，通过界面工程修改二维vdW材料的电子结构。
2020-11-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
High-mobility two-dimensional carriers from surface Fermi arcs in magnetic Weyl semimetal films
磁性外尔半金属中源自表面费米弧的高迁移率二维载流子对于获得奇异量子输运现象和拓扑电子学应用是非常期望的。在这里，我们展示了高流动性的二维载体，显示量子振荡的磁性Weyl半金属SrRuO 3外延薄膜系统的角度依赖性，高磁场磁输运实验。通过机器学习算法驱动的最先进的氧化物薄膜生长技术，生长出非常高质量的SrRuO 3薄膜。10 nm SrRuO 3薄膜的量子振荡显示出3500 cm 2/Vs的高量子迁移率，轻回旋质量和二维角度依赖性，这可以归因于表面费米弧。量子振荡的相移的线性厚度依赖性为表面费米弧介导的量子振荡的非平凡性质提供了证据。此外，在低温和高达52 T的磁场下，SrRuO 3的量子极限表现出Weyl节点的手性异常。铁磁氧化物中迄今为止隐藏的二维外尔态的出现为探索拓扑氧化物电子学的新量子输运现象铺平了道路。
2021-12-23 cond-mat.mtrl-sci
Van der Waals epitaxy of Weyl-semimetal Td-WTe$_2$
针对现有MBE生长的WTe₂岛尺寸小、不适用于大尺寸器件的问题，本研究在单层石墨烯上制备出平均尺寸约110nm的Td-WTe₂超薄膜，提出可推广至其他TMDCs的生长尺寸估算模型，并通过ARPES验证了薄膜质量。
2024-04-15 cond-mat.mtrl-sci
Negative magnetoresistance due to conductivity fluctuations in films of the topological semimetal Cd3As2
最近发现的Dirac和Weyl半金属显示不寻常的磁阻现象，包括一个大的，非饱和的，线性的横向磁阻和负的纵向磁阻。后者通常被认为是费米子具有确定手征性的证据。然而，由于无序或不均匀的电流注入，经典机制也可以产生负纵向磁阻。在这里，我们报告上进行的磁输运测量外延薄膜的Cd 3As 2，三维狄拉克半金属。观察到准线性正横向磁电阻和负纵向磁电阻。通过评估不同厚度的薄膜，并通过相关的温度依赖性的载流子密度和迁移率与磁阻特性，我们表明，这两个准线性的正和负的磁阻是由电导率波动。手性异常不需要解释所观察到的特征。
2017-06-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Challenges to magnetic doping of thin films of the Dirac semimetal Cd$_3$As$_2$
拓扑量子材料的磁性掺杂为研究时间反演对称性破缺效应提供了一条有吸引力的途径。因此，出于动机，我们探索的过渡金属Mn到薄膜的狄拉克半金属Cd 3 As 2的生长过程中，通过分子束外延。扫描透射电子显微镜测量显示，在Mn掺杂的Cd 3As 2薄膜的上表面处形成的富Mn相使用均匀掺杂和δ掺杂。这表明Mn在Cd 3As 2的外延生长期间充当表面活性剂，导致相分离。这种样品的磁性测量表明具有面外磁各向异性的铁磁相。这些薄膜的电磁输运测量作为温度，磁场，和化学势的函数揭示了较低的载流子密度和较高的电子迁移率相比，在类似条件下生长的原始Cd 3As 2膜。这表明表面活性剂效应也可能有助于吸收杂质。我们观察到强大的量子输运（Shubnikov-de Haas振荡和初始整数量子霍尔效应）在非常薄（7 nm）的Cd 3As 2膜，尽管直接接触的结构无序的表面铁磁覆盖层。
2021-12-22 cond-mat.mtrl-sci
Noncentrosymmetric topological Dirac semimetals in three dimensions
拓扑狄拉克半金属是一类在费米能级附近具有受保护的狄拉克点的半金属，其由于导带和价带的带反转而产生。在这项工作中，我们研究了较少探索类的\emph{noncentrosymmetric}拓扑狄拉克半金属在三维空间。我们确定了非中心对称的晶体学点群所需的稳定四重简并带交叉，并推导出模型哈密顿所有不同类型的带反转允许的对称性。使用这些模型哈密顿量，强调允许的耦合的物理性质，我们建立了通用的电子相图非中心对称狄拉克半金属，并表明，它一般包括共存的Weyl点节点或Weyl线节点的阶段。特别是，对于一个特定类型的带反转在六重对称系统中，我们表明，外尔线节点总是存在的。基于第一性原理计算，我们预测BiPd $_2$ O $_4$在20 Gpa压力下是一个非中心对称的Dirac半金属，在四重旋转轴上有拓扑II型Dirac点.此外，我们提出六方极性合金LiZnSb $_{x}$ Bi $_{1-x}$实现了一个Dirac半金属与共存的Weyl点。有趣的是，外尔点的出现和位置是高度可调的，并且可以通过合金浓度$x$来控制。更一般地说，我们的结果不仅建立了带反转非中心对称系统作为一个广泛的和通用的拓扑半金属类，但也提供了一个框架，研究量子非线性霍尔效应和非线性光学性质的狄拉克半金属。
2021-02-12 cond-mat.mtrl-sci
Low-energy excitations in type-II Weyl semimetal Td-MoTe2 evidenced through optical conductivity
二碲化钼，MoTe 2，是一种多用途的材料，其中的拓扑相可以很容易地通过操纵相关的结构相变来调整。MoTe 2的能带结构的细节是理解其拓扑性质的关键，由于材料的多带特性，已经证明很难从经验上解开。通过实验电导谱，我们检测到两个较强的低能带间跃迁。两者都与自旋轨道分裂带之间的激发有关。最低带间跃迁显示出强烈的热位移，表明化学势随温度急剧下降。借助从头计算和一个简单的两带模型，我们给出了定性和定量的解释的主要特点，在温度相关的光谱高达400 meV。
2019-10-11 cond-mat.mtrl-sci
Magnetic nanostructures by adaptive twinning in strained epitaxial films
我们利用Fe 70 Pd 30磁性记忆合金的内在结构不稳定性，获得具有自组织纳米结构的功能外延薄膜。我们表明，54%的相干外延应变是可能的。薄膜实验和大规模第一性原理计算的结合使我们能够建立一个晶格弛豫机制，这是稳定材料所不期望的。我们确定了一个低的孪晶边界能量相比，一个高的弹性能作为自适应纳米孪晶的关键先决条件。我们的方法是通用的，因为它允许控制铁磁，铁弹和铁电材料的纳米结构和固有特性。
2011-11-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Structural and electronic properties of epitaxial multilayer h-BN on Ni(111) for spintronics applications
六方氮化硼（h-BN）由于大的带隙、低的自旋-轨道耦合以及与石墨烯以及与fcc-Ni（111）和hcp-Co（0001）的密堆积表面的小的晶格失配而在自旋电子学中是一种有前途的材料。h-BN在铁磁金属上的外延沉积旨在电荷和自旋载流子的小界面散射。本文报道了用分子束外延（MBE）方法控制h-BN/Ni（111）的生长。该系统的结构和电子性质进行了研究，使用横截面透射电子显微镜（TEM）和电子光谱，证实与散装h-BN的性能良好的协议。后者也证实了密度泛函理论（DFT）计算，揭示了在界面处的第一个h-BN层的Ni是金属。我们的研究表明，分子束外延是一个有前途的，通用的替代剥离方法和化学气相沉积的h-BN。
2015-10-14 cond-mat.mtrl-sci
Strain-Tunable Magnetic Compensation Temperature of Epitaxial Tb$_3$Fe$_5$O$_{12}$ Thin Films
本研究通过在不同晶格常数的（111）取向石榴石衬底上外延生长TbIG薄膜引入应变，发现其磁补偿温度随应变单调变化，结合密度泛函理论计算解释了机制，为优化ReIG基自旋轨道矩器件提供新途径。
2023-10-27 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
Robust formation of skyrmions and topological Hall effect in epitaxial thin films of MnSi
研究了在Si（111）衬底上生长的B_（20）型MnSi外延薄膜的磁输运性质。洛伦兹透射电子显微镜（TEM）图像和拓扑霍尔效应（THE）都清楚地指出了在宽的温度-磁场区域内skyrmions的稳健形成。新的功能不同的散装MnSi的观察外延MnSi薄膜：一个较短的（近一半）周期的自旋螺旋和skyrmions，和相反的符号的THE。这些观察结果表明，skyrmion引起的THE的多功能超出了目前的理解。
2012-09-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Evidence of topological edge states in a superconducting nonsymmorphic nodal-line semimetal
拓扑材料在边界处具有迷人的低维无隙态。作为一个突出的例子，二维拓扑绝缘体（2DTI）的螺旋拓扑边缘态（TES）及其堆叠的三维（3D）等效物，弱拓扑绝缘体（WTI），由于其在下一代低耗散电子学/自旋电子学中的潜在应用而引发了研究热情。在这里，我们提出层状超导材料CaSn作为WTI与非平凡的Z2以及节线半金属保护的结晶非对称。我们系统的角度分辨光电子能谱（ARPES）的电子结构的调查表现出良好的协议与计算。此外，扫描隧道显微镜/光谱（STM/STS）在表面台阶边缘显示预期TES的签名。这些来自ARPES、STM/STS测量和相应的从头计算的综合证据有力地支持了非对称节线半金属CaSn中TES的存在，它可能成为实现多种奇异电子态和拓扑超导的通用材料平台。
2021-05-10 cond-mat.mtrl-sci
Epitaxial growth and magneto-transport properties of kagome metal FeGe thin films
State Key Laboratory of Semiconductor Physics and Chip Technologies, Institute of Semiconductors, Chinese Academy of Sciences（中国科学院半导体研究所半导体物理与芯片技术国家重点实验室）；School of Integrated Circuit Science and Engineering, Fert Beijing Institute, Beihang University（北京航空航天大学集成电路科学与工程学院飞利信北京研究院）；College of Materials Science and Optoelectronics Engineering, University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学材料科学与光电工程学院）；Key Laboratory of Magnetic Molecules and Magnetic Information Materials of Ministry of Education & School of Materials Science and Engineering of Shanxi Normal University（山西师范大学材料科学与工程学院教育部磁性分子与磁性信息材料重点实验室）
本文通过分子束外延制备了FeGe薄膜，并发现其奈尔温度为397 K，霍尔系数和磁电阻在100 K附近出现快速变化，可能与电荷密度波有关，为研究CDW机制和自旋电子学应用提供了新平台。
2026-02-06 cond-mat.mtrl-sci
Epitaxial growth of high quality $Mn_3Sn$ thin films by pulsed laser deposition
非共线反铁磁体Weyl半金属$Mn_3Sn$是近年来研究的热点。虽然在$Mn_3Sn$中观察到了大的反常霍尔效应、反常能斯特效应和磁光效应，但大多数研究都是基于单晶。到目前为止，它仍然是具有挑战性的生长高品质的外延$Mn_3Sn$薄膜的传输和光学性能相媲美的单晶对应物。在这里，我们报告的结构，磁光和输运性质的外延$Mn_3Sn$薄膜制备脉冲激光沉积（PLD）。在单晶$Al_2O_3$和MgO衬底上成功地生长了高度取向的$Mn_{3+x}Sn_{1-x}$（0001）和（11 $\bar2$ 0）外延薄膜。在300 K温度下测量了大的反常霍尔效应（AHE），其最大值为$θ_K$ =3.02 $μΩ\cdot cm$，在633 nm波长处的纵向磁光克尔效应（LMOKE）为38.1 mdeg，与$Mn_3Sn$单晶相当。我们的工作表明，高品质的$Mn_3Sn$外延薄膜可以通过PLD制备，为未来的器件应用铺平了道路。
2022-08-09 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Engineering Ideal 2D Type-II Nodal Line Semimetals via Stacking and Intercalation of van der Waals Layers
College of Physics and Electronic Engineering, Center for Computational Sciences, Sichuan Normal University（四川师范大学物理与电子工程学院计算科学中心）
通过原子插层工程范德华双层实现理想二维型-II节点线半金属，展示其铁磁拓扑半金属特性。
2026-01-01 cond-mat.mtrl-sci
Quasiparticle interference on type-I and type-II Weyl semimetal surfaces: a review
Weyl半金属是拓扑材料家族中的一个新成员，其主要特征是在体相中具有一对单简并的Weyl锥，在节点附近具有线性色散，在表面上具有费米弧。根据系统是否保持或违反洛伦兹对称性，外尔半金属可以分为两类。光电子能谱测量证实TaAs类和WTe 2类Weyl半金属分别为I型和II型。这篇综述文章旨在阐明和阐述Weyl半金属的基本概念以及I型和II型Weyl半金属的准粒子干涉实验。对揭示费米弧表面态的独特性质--表面载流子的拓扑阱效应，费米弧表面态的弱束缚性质，表面上与轨道有关的散射通道，镜像对称保护的表面Dirac锥等结果进行了概括性的讨论.最后，展望了准粒子干涉技术在拓扑材料中的应用前景。
2018-05-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Atomically flat two-dimensional silicon crystals with versatile electronic properties
硅（Si）由于其在半导体科学和技术中的重要性而被广泛研究。虽然寻找具有不寻常特性的新三维（3D）Si晶体的努力取得了一些进展，但其二维（2D）相尚未被探索。在这里，基于一个新开发的系统$ab$ $initio$材料搜索策略，我们报告了一系列新颖的二维硅晶体与前所未有的结构和电子性能。新的结构表现出完美的平面最外表面层的扭曲的六边形网络与它们的厚度变化与内部的原子排列。通过改变厚度和表面氧化，可以实现电子性质的巨大变化，从半金属到具有间接能隙的半导体，甚至到具有直接能隙的半导体。我们预测的具有平坦表面和可调电子特性的2D Si晶体将为硅基2D电子技术的发展提供指导。
2017-09-06 cond-mat.mtrl-sci
Spinel ferrites: old materials bring new opportunities for spintronics
在过去的几年里，对钙钛矿氧化物的外延薄膜的深入研究经常揭示出令人兴奋的特性，如巨磁阻隧道效应和电场效应。尖晶石氧化物由于其更复杂的结构和由此产生的许多自由度而显得更加通用。在这里，我们表明，纳米NiFe2O4薄膜的钙钛矿衬底上的外延生长允许稳定的新的铁氧体相的性能显着不同的散装的。事实上，几纳米厚的NiFe2O4薄膜的饱和磁化强度至少是块状化合物的两倍，并且它们的电阻率可以根据生长条件按数量级进行调节。通过将这样薄的NiFe2O4层集成到自旋相关隧穿异质结构中，我们证明了这种多功能材料可以用于自旋电子学，无论是作为磁性隧道结中的导电电极，还是作为很少探索的隧道结类型中的自旋过滤绝缘屏障，称为自旋过滤器。因此，我们的研究结果为实现单片自旋电子学架构开辟了道路，该架构集成了单一材料的几个层，其中这些层以受控的方式进行功能化。
2005-08-31 cond-mat.mtrl-sci
A Rapid Thermal Chemical Vapor Deposition System for Fast Synthesis of Epitaxial Graphene Under Ambient Pressure
本研究提出了一种快速热化学气相沉积系统，在常压下快速合成高质量单晶石墨烯，并展示了其在异质外延生长中的应用潜力。
2025-11-29 cond-mat.mtrl-sci
Elemental topological Dirac semimetal α-Sn with high quantum mobility
具有金刚石型晶体结构的α-Sn，由于其丰富的拓扑相图和简单的元素材料结构，为研究新的拓扑性质提供了理想的途径。然而，到目前为止，实现高质量的α-Sn仍然是一个挑战，这限制了我们对其量子输运性质和器件应用的理解。在这里，我们提出了迄今为止最高质量的α-Sn在InSb（001）上的外延生长，并通过量子输运研究和第一性原理计算揭示了它是拓扑狄拉克半金属（TDS）。我们实现了前所未有的高量子迁移率的表面状态（30000厘米^2/Vs），这是10倍以上，比以前报道的值，和体重空穴（HH）状态（1700厘米^2/Vs），这是从来没有得到过的实验。这些优异的特性使我们能够首次通过Shubnikov-de Haas振荡在不同温度和不同磁场方向下定量地研究α-Sn的非平凡界面和体能带结构。这些结果揭示了拓扑表面态（TSS）和体HH带的存在，它们都具有非平凡的相移，表明α-Sn的TDS相已经建立。此外，我们证明了从TDS到二维拓扑绝缘体（2D-TI）的交叉和随后的相变到平凡绝缘体时，改变α-Sn的厚度。我们的工作表明，α-Sn是研究新型拓扑相的一个很好的模型体系，也是一种重要的拓扑器件材料候选者。
2021-05-28 cond-mat.mtrl-sci
Enhancing ferroelectric stability: Wide-range of adaptive control in epitaxial HfO2/ZrO2 superlattices
本研究提出利用高质量外延(HfO2)n/(ZrO2)n超晶格解决HfO2极性相亚稳态问题，实现了大厚度范围内稳定的铁电性，并通过第一性原理计算揭示了界面形成能和相变动力学能垒对抑制非极性相的关键作用。
2025-07-01 cond-mat.mtrl-sci
Kondo physics in antiferromagnetic Weyl semimetal Mn3+xSn1-x films
拓扑结构和强电子相关性是新兴量子材料的关键成分，但迄今为止，它们在实验系统中的交叉点相对有限。强关联外尔半金属，特别是当磁性被纳入，提供了一个独特的和肥沃的平台，探索新兴的拓扑物质和拓扑自旋电子学的现象。反铁磁Weyl半金属Mn 3Sn具有许多奇异的物理性质，如大的自发霍尔效应，近年来引起了人们的极大兴趣。在这项工作中，我们报告的外延Mn 3 + xSn 1-x薄膜的合成与体样品相比，大大扩展的组成范围。当Sn原子被磁性Mn原子取代时，出现了近藤效应，这是强关联的一个著名例子，产生了相干性，并诱导了杂化能隙。磁掺杂和间隙开放导致丰富的非凡性能，如突出的DC霍尔效应和共振增强的太赫兹法拉第旋转。
2020-07-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Epitaxial growth and thermodynamic stability of SrIrO3/SrTiO3 heterostructures
获得高质量的5d过渡金属氧化物薄膜对于探索由强电子关联和自旋轨道耦合相结合而产生的奇异半金属和拓扑相是必不可少的。在这里，我们表明，SrIrO3薄膜的传输特性，通过脉冲激光沉积生长，可以通过考虑SrIrO3靶表面的激光诱导改性的效果进行优化。我们进一步表明，裸露的SrIrO3薄膜在空气中受到降解，是高度敏感的光刻处理。原位沉积的结晶SrTiO3帽层在保持膜质量方面是有效的，使我们能够测量厚度低至4个晶胞的膜中的金属输运行为。此外，SrTiO 3封装能够在不改变薄膜特性的情况下制造霍尔条等器件，从而可以对微米和纳米级器件进行精确的（磁）输运测量。
2016-08-05 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Contemporary Insights into Electronic Structure and Microscopic Transport in Nodal-Line Semimetals
International Research Centre MagTop, Institute of Physics, Polish Academy of Sciences（波兰科学院物理研究所马格托国际研究中心）；Division of Synchrotron Radiation Research, Lund University（隆德大学同步辐射研究系）；MAX IV Laboratory, Lund University（隆德大学MAX IV实验室）；Department of Materials Science, University of Milan-Bicocca（米兰比可卡大学材料科学系）；Consiglio Nazionale delle Ricerche CNR-SPIN, c/o Universitá degli Studi ”G. D’Annunzio”（加富尔国家研究委员会CNR-SPIN（安努齐奥大学））；SPIN-CNR, UOS Salerno（萨莱诺SPIN-CNR联合办公室）
本文综述了节点线半金属的理论框架和实验实现，重点讨论其对称性保护、对称性破缺的影响以及电子结构测量和输运现象中的特征。
2026-05-08 cond-mat.mtrl-sci
Optimization of Epitaxial Mn4N Thin Films Grown by Sputtering for Spintronic Applications
Institut de Ciencia de Materials de Barcelona (ICMAB-CSIC)（巴塞罗那材料科学研究所）；Department of Physics, Marmara University（马尔马拉大学物理系）
本研究优化了溅射法生长Mn4N薄膜的条件，明确衬底对其结构与磁性的影响，揭示外延应变及界面效应对垂直磁各向异性的作用，证实其可实现高效电流诱导磁化翻转，为自旋电子器件提供了优质无稀土材料平台。
2026-07-31 cond-mat.mtrl-sci
Epitaxial stabilization of metastable 3C BaRuO3 thin film with ferromagnetic non-Fermi liquid phase
通式为ARuO 3（A = Ca和Sr）的钙钛矿钌酸盐的薄膜是用于可行的氧化物电子器件的通用电导体。它们在科学上也很有趣，因为它们表现出依赖于A位元素的非平凡电磁基态。其中，立方钙钛矿（3C）BaRuO 3薄膜的实现迄今为止一直是一个挑战，因为3C相是BaRuO 3的各种多晶型物相中具有最大形成能的亚稳相。在本研究中，我们成功地制备了3C BaRuO 3薄膜采用外延稳定。3C BaRuO 3薄膜具有巡游铁磁性，相变温度约为48 K，为非费米液相。3C BaRuO 3的外延稳定化进一步使我们能够对钙钛矿钌酸盐薄膜进行标准比较，从而建立Ru-O轨道杂化在理解巡回磁系统中的重要性。
2021-07-15 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Bi(111) thin film with insulating interior but metallic surfaces
测量了分子束外延Bi/BaF_2（111）薄膜的电导随薄膜厚度（4-540 nm）和温度（5-300 K）的变化。与作为原型半金属的大块Bi不同，发现高达90 nm的Bi薄膜在内部是绝缘的，但在表面上是金属的。这一结果不仅明确地解决了长期以来关于Bi薄膜中存在半金属-半导体转变的争论，而且为长期以来困惑的Bi薄膜电阻率的温度依赖性提供了一个直观的解释，这可能在自旋电子学中有一些潜在的应用。
2012-01-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Review of Spin Orbit Coupled Semimetal SrIrO3 in thin film form
自旋轨道耦合提供了一种将电子的动量锁定在其自旋程度上的机制，近年来被发现是引发许多新物理行为的关键。SrIrO 3是强自旋轨道耦合铱酸盐家族的典型金属成员。它的正交相被证实是一种特殊的自旋轨道耦合辅助电子相关的半金属，具有小的电子和空穴口袋，并被认为是多功能的拓扑相，有望开辟一个新的基于氧化物的拓扑物质领域。已有的实验表明，在衬底晶格约束下，可以很容易地合成出二维尺度的正交SrIrO 3薄膜，并且该薄膜在高温下表现出费米-液体行为，且通常二维弱局域化导致金属-绝缘体转变。正交SrIrO 3薄膜的性能对IrO 6八面体的旋转和倾斜角以及层间耦合敏感，因此可以通过衬底应变工程和尺寸尺度进行调节。例如，该膜接近类似于Sr 2 IrO 4的状态，在几个单位晶胞的极限，成为倾斜的反铁磁半导体/绝缘体。现有的知识表明，迫切需要对正交SrIrO 3超晶格进行研究，以进一步了解正交SrIrO 3及其家族的电子结构演化机制，以及相关的磁态和拓扑相。
2017-07-21 cond-mat.mtrl-sci
Large spin Hall conductivity in epitaxial thin films of kagome antiferromagnet Mn$_3$Sn at room temperature
Mn $_3$ Sn是一种非共线反铁磁量子材料，具有磁性外尔半金属态，在高效存储器件方面具有巨大的潜力。使用Ru种子层在蓝宝石衬底上生长了高质量的外延$c$平面Mn $_3$ Sn薄膜。利用自旋泵浦诱导的反自旋霍尔效应测量了Mn $_3$ Sn/Ni $_{80}$ Fe $_{20}$平面外延薄膜的自旋扩散长度（$λ_{\rm Mn_3Sn}$）和自旋霍尔电导率（$σ_{\rm{SH}}$）：$λ_{\rm Mn_3Sn}=0.42\pm 0.04$ nm和$σ_{\rm{SH}}=-702~\hbar/ e~Ω^{-1}$ cm $^{-1}$。虽然$λ_{\rm Mn_3Sn}$与早期研究一致，但$σ_{\rm{SH}}$的数量级更高，符号相反。过量的Mn，这改变了我们的薄膜中的费米能级，导致观察到的行为的基础上解释的行为。我们的研究结果表明，工程$σ_{\rm{SH}}$的Mn $_3$ Sn膜的技术，采用Mn组合物的功能自旋电子器件。
2022-09-06 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el physics.app-ph
Heart and diamond Fermi arcs in Pd and Pt oxide topological Dirac semimetals
拓扑狄拉克半金属（DSM）表现出节点，通过该节点能带在三维（3D）动量空间中线性分散，这是石墨烯的3D类似物。第一个实验证实的具有一对狄拉克点（DP）的DSM，即Na $_{3}$、Bi和Cd $_{3}$ As $_{2}$，显示出拓扑表面费米弧态和奇异的磁输运性质，增强了人们对寻找稳定且无毒的DSM材料的兴趣。在这里，基于{ \it ab-initio}能带结构计算，我们预测一个家庭的钯和铂的氧化物作为强大的3D DSM。这些化合物的新的拓扑性质不同于所有其他以前报道的DSM，它们是由化合物中的多个DP呈现的。我们发现，沿立方晶格的三个单位轴上存在三对DP，这是由表面上的费米弧连接。费米弧显示出在改变化学势时从心形到菱形的Lifshitz转变。相应的氧化物已经可以作为高质量的单晶，这是一个很好的先决条件，我们的预测验证的光电发射和磁输运实验。我们的研究结果不仅预测了许多强大的3D DSM候选者，而且还将DSM扩展到过渡金属氧化物，这是一种多功能的材料家族，这为研究DSM和电子相关性之间的相互作用打开了大门，这在以前发现的DSM材料中是不可能的。
2016-02-17 cond-mat.mtrl-sci
Epitaxial growth of BaBiO3 thin films on SrTiO3(001) and MgO(001) substrates using molecular beam epitaxy and controlling their crystal orientations competition
本研究利用分子束外延在SrTiO3(001)和MgO(001)衬底上生长BaBiO3薄膜，揭示了其(001)与(011)取向竞争机制，并提出了阻断(011)取向、实现单一(001)取向可控生长的途径。
2025-04-28 cond-mat.mtrl-sci
