Phase locking of a pair of nano ferromagnetic oscillators on a topological insulator
研究了沉积在拓扑绝缘体（TI）表面的一对铁磁绝缘体（FMI）的磁化动力学。由于基础物理和内在动力学的非线性性质，FMI甚至在恒定的施加电压下也可以表现出振荡行为。TI表面电子的运动服从相对论性量子力学，提供了FMI之间直接耦合的机制。特别地，TI表面电子的自旋极化电流可以影响两个FMI的磁化强度，这反过来又调制电子输运，从而产生混合相对论量子/经典非线性动力学系统。我们发现强大的相位和反相位之间的磁化动态锁定。由于驱动TI的表面电子只需要极低的功率，我们的研究结果表明，TI表面上的自旋极化电流耦合的纳米FMIs有可能成为非常规低功耗计算范式的基本构建模块。
2018-11-13 cond-mat.mes-hall nlin.CD quant-ph
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
Chiral tunneling of topological states: towards the efficient generation of spin current using spin-momentum locking
我们发现，在三维拓扑绝缘体（TI）中，螺旋表面态的手征隧穿和自旋动量锁定之间的相互作用导致自旋放大和滤波。跨TI PN结的手征隧穿允许正常入射的电子传输，而其余的被反射，由于自旋-动量锁定，它们的自旋翻转。净结果是自旋电流增强，而耗散的电荷电流同时被抑制，导致在反射端处的极大的、栅极可调的自旋与电荷电流比（~20）。在传输端，比率保持接近1，电子完全自旋极化。
2015-03-20 cond-mat.mes-hall
Spin-plasmons in topological insulator
研究了三维强拓扑绝缘体表面螺旋电子液体中的集体等离子体激元激发。这些激发的性质和内部结构进行了研究。由于拓扑绝缘体表面上的螺旋液体中的自旋动量锁定，集体激发应该表现为耦合的电荷和自旋密度波。
2011-07-23 cond-mat.mes-hall
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-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
Spin-Charge Locking and Tunneling into a Helical Metal
本文导出了电子在三维拓扑绝缘体表面运动的动力学方程。由于激发的螺旋性质，后向散射在碰撞积分中被抑制，并且自旋动力学完全受电荷的约束。我们进一步分析了螺旋和传统的金属或铁磁体之间的隧穿。我们发现隧道电阻强烈依赖于铁磁体中的磁化强度和螺旋金属中的电流之间的角度。在螺旋金属顶部的一层介电层放大了电流引起的自旋极化。
2011-01-30 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
Dirac surface states in magnonic analogs of topological crystalline insulators
我们提出了具有狄拉克表面态的拓扑晶体绝缘体的磁振子类似物的时间反演和半平移的组合对称性的保护。通过建立拓扑磁振子系统的模型，我们证明了由于狄拉克表面态的自旋-动量锁定，系统中的能流响应于电场而流动。我们还提出了一个实现的磁振子类似物的拓扑晶体绝缘体的磁性化合物CrI $_{3}$与单斜结构。
2021-09-18 cond-mat.mes-hall
Skyrmion-induced anomalous Hall conductivity on topological insulator surfaces
电子自旋动量锁定与背景磁织构一起可以显著改变电子输运性质。本文从理论上研究了拓扑绝缘体与顶部含有磁性skyrmions的磁性绝缘体之间的电子输运。与常规金属中的拓扑霍尔效应不同，即使在没有面内磁织构的情况下，skyrmion也会对异常霍尔电导率产生额外的贡献，这是由于在skyrmion边界处获得的狄拉克电子的相位因子特性。
2017-10-12 cond-mat.mes-hall
Gate-controlled Spin Extraction from Topological Insulator Surfaces
自旋-动量锁定是三维拓扑绝缘体（3DTI）表面态的一个重要性质，为自旋电子学的应用提供了新的途径。自旋-动量锁定的一个结果是由于施加的电场引起的表面自旋累积的诱导。在这项工作中，我们研究了这种电诱导自旋从其主机TI材料到相邻的常规，因此拓扑平凡，通常用于电子设备中的材料的提取。我们专注于有效的哈密顿量的铋基3DTI材料的${\rm Bi}_2{\rm Se}_3$家庭，和数值探索的几何形状提取电流诱导的自旋从TI表面。特别是，我们考虑一个设备的几何形状，其中侧袋连接到3DTI量子线的各个面，并表明它是可能的，以创建电流诱导的自旋积累在这些拓扑平凡的侧袋。我们进一步研究了这种自旋提取如何依赖于几何形状和材料参数，并发现电子空穴自由度可以用来控制所提取的自旋的极化由施加的栅极电压。
2020-01-28 cond-mat.mes-hall
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
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
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
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
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
Large Magnetoresistance at Room Temperature in Ferromagnet/Topological Insulator Contacts
我们报告的磁阻电流流过铁/拓扑绝缘体（Fe/TI）和Fe/蒸发氧化物/TI接触时，磁场是用来初始定向的磁性排列的铁磁铁条，在温度范围从100 K到室温。这种磁电阻与Fe棒磁化的相对取向和在具有螺旋自旋动量锁定的TI表面上移动的电子的自旋极化相关联。所观察到的磁阻的大小是相对较大的，在先前的工作中观察到的。
2016-03-23 cond-mat.mes-hall
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
Band bending at interfaces between topological insulator Bi2Se3 and transition metals
用XPS、SIMS、UPS和接触I-V测量研究了溅射沉积的拓扑绝缘体Bi_2Se_3与几种过渡金属的界面。当用薄至1 nm的过渡金属层涂覆Bi 2Se 3时，即使没有覆盖，也可以实现化学清洁的界面。最有趣的是，UPS光谱表明耗尽或反转在原来的n型拓扑绝缘体界面附近。如果希望利用体隙中表面态的自旋锁定用于潜在的自旋电子学应用，则拓扑绝缘体中的强能带弯曲需要仔细的材料工程或电偏置
2015-11-11 cond-mat.mes-hall
Experimental detection of surface spin-polarized electron accumulation in topological insulators using scanning tunneling microscopy
拓扑绝缘体（TI）的表面模中存在自旋动量锁定，导致偏置电流流过TI样品时自旋极化电子在TI表面积累。在这里，我们表明，扫描隧道显微镜可以用来检测这种表面自旋极化电子积累。我们目前的实验结果，这种传感的Sn掺杂的Bi $_2$ Se $_3$样品采用Fe涂层的W尖，以及非磁性W尖。我们观察到一个线性增加的自旋积累作为偏置电流的函数通过TI样品。
2020-04-07 cond-mat.mes-hall
Edelstein and inverse Edelstein effects caused by the pristine surface states of topological insulators
用半经典方法研究了三维拓扑绝缘体的原始表面态引起的Edelstein效应。随机杂质散射和自旋动量锁定的无隙狄拉克锥的组合效应产生电流诱导的表面自旋积累与化学势和温度无关。将半经典方法与Bloch方程相结合，很好地解释了自旋泵激自旋流转化为电荷流的逆Edelstein效应。将详细阐述这些结果与各种实验的一致性。
2019-07-21 cond-mat.mes-hall
Hexagonal Warping Induced Nonlinear Planar Nernst Effect in Nonmagnetic Topological Insulators
从理论上提出了面内磁场作用下双拓扑绝缘体（TI）Bi_2 Te_3的一种新效应--非线性平面能斯特效应（NPNE）.我们发现能斯特电流与温度梯度成二次关系，但与磁场成线性关系，并表现出磁场方向与温度梯度方向的余弦关系。NPNE的量子起源是由于六边形扭曲效应、自旋动量锁定和磁场引起的时间反转对称性破缺的共同结果，将非线性横向自旋电流转换为电荷电流。
2020-12-28 cond-mat.mes-hall
Theory of spin and orbital charge conversion at the surface states of Bi_{1-x}Sb_x topological insulator
本文通过多轨道紧束缚方法研究了Bi_{0.85}Sb_{0.15}拓扑绝缘体表面态中的轨道动量锁定与轨道Rashba-Edelstein电荷转换效应，为解释THz-TDS实验中的自旋-电荷转换现象提供理论依据。
2025-01-03 cond-mat.mes-hall
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
Current-induced spin polarization in topological insulator-graphene heterostructures
全电自旋电子学领域的进一步发展需要自旋输运通道与自旋注入器/发生器元件的成功集成。虽然随着石墨烯和相关2D材料的出现，高性能自旋通道材料是可用的，但纳米结构自旋发生器的使用仍然是一个主要挑战。对于后一个目的，特别有希望的是3D拓扑绝缘体，其2D表面态具有自旋-动量锁定的无质量狄拉克费米子。在这里，我们证明了自旋极化电流从拓扑绝缘体注入石墨烯，使其紧密耦合到一个超导Bi 2 Te 2Se纳米片内的范德华外延异质结构。自旋开关信号的大小与温度成反比，在~15 K的温度下都可以检测到。我们的研究结果确立了拓扑绝缘体作为自旋电子器件的未来组件，其中自旋操纵是通过纯电气手段实现的。
2016-03-29 cond-mat.mes-hall
Suppression of the Kondo Resistivity Minimum in Magnetic Topological Insulators
磁掺杂的拓扑绝缘体在研究量子反常霍尔效应等奇异现象中得到了广泛的研究。电子自由度和杂质自由度的相互作用导致近藤效应，即在温度$T < T_K$（近藤温度）下电阻率的增加。我们从量子刘维尔方程出发，包括所有阶次的近藤散射，以及声子和非磁性杂质散射，研究了金属区域中$T \ge T_K$的手征表面态输运中的这种效应。与自旋-轨道耦合金属和半导体不同，$T_K$被自旋-动量锁定所抑制，这防止了近藤屏蔽云的形成。我们预计电阻率$ρ_{xx} \propto T^4$主要是由于声子。
2013-10-02 cond-mat.mes-hall
Hidden-symmetry-protected Z_2 topological insulator in a cubic lattice
通常，$Z_2$拓扑绝缘体由时间反演对称性保护。在这里，我们提出了一种新型的$Z_2$拓扑绝缘体的立方晶格，这是由一种新的隐藏对称性保护，而时间反演对称性被打破。隐藏的对称性有一个复合的反酉算子，包括分数平移，复共轭，子格交换和局部规范变换。基于隐对称性，定义了隐对称极化和$Z_2$拓扑不变量来表征拓扑绝缘体。表面态具有奇数个狄拉克锥的能带结构，其中发生赝自旋-动量锁定。当在边界上加入隐对称性破缺微扰时，表面能带结构中出现了一个能隙，这证实了拓扑绝缘体和表面态受到隐对称性的保护。并讨论了这种新型的$Z_2$拓扑绝缘体在光晶格中的超冷原子技术实现和探测。
2017-08-15 cond-mat.mes-hall
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
Collective excitations on a surface of topological insulator
研究了三维拓扑绝缘体表面螺旋电子液体中的集体激发。螺旋液体中的电子服从无质量无粒子的类狄拉克方程，其自旋方向严格由其动量决定。由于这种自旋动量锁定，系统中的集体激发表现为耦合的电荷和自旋密度波。我们发展了螺旋液体中自旋等离子体激元的量子场论描述，并研究了它们的性质和内部结构。计算了自旋等离子体激元激发时系统的自旋极化率。我们还考虑了自旋等离子体激元对磁性杂质和非磁性杂质以及外电势的散射，并表明散射主要发生在两个旁瓣中。与狄拉克电子气在石墨烯的类比进行了讨论。
2011-10-18 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
Three-dimensional Models of Topological Insulator Films: Dirac Cone Engineering and Spin Texture Robustness
我们设计了拓扑绝缘体薄膜的三维模型，显示了由边界处的原子尺度几何驱动的相对表面上的奇数个狄拉克锥的可调谐性。这使得能够在$Γ$点处产生单个狄拉克锥，以及当相对表面在几何上不同时，可能抑制相对表面处的狄拉克态之间的量子隧穿（和间隙形成）。表面态的自旋织构被发现从自旋动量锁定对称性的一个渐进的损失，在引入体无序，相关的渗透的边界状态内的散装表面自旋极化的变化。这些发现说明了丰富的狄拉克物理出现在薄膜的拓扑绝缘体，并可能证明工程狄拉克锥和量化的超净表面的材料中的体无序有用。
2012-10-24 cond-mat.mes-hall
Spin Berry phase in anisotropic topological insulators
三维拓扑绝缘体的特征在于存在受保护的无带隙自旋螺旋表面态。在实际样品中，这些表面状态从一个表面延伸到另一个表面，覆盖整个样品。通常，在拓扑绝缘体的曲面上，处于表面态的电子获得自旋Berry相位，作为有效表面自旋必须遵循实空间几何的切向表面的约束的表达。当电子环绕时，这样的Berry相位加起来为π，例如，一次绕圆柱体。现实的拓扑绝缘体化合物也常常是分层的，即，是各向异性的。我们明确地证明了存在这样一个π Berry相的存在和不存在（由于晶体各向异性）的圆柱对称性，也就是说，无论满足自旋到表面锁定条件。自旋Berry相位π对圆柱对称性破缺的鲁棒性是用π通量管穿透拓扑绝缘体纳米线的紧束缚模型实现数值证实的。
2011-10-14 cond-mat.mes-hall
Spin and charge transport induced by a twisted light beam on a surface of a topological insulator
本文从理论上研究了扭曲光束照射在掺杂三维拓扑绝缘体（TI）无序表面上引起的自旋和电荷输运。我们发现，各种类型的自旋涡旋印在TI的表面上取决于入射光的自旋和轨道角动量。非常规自旋结构出现的关键机制是TI表面态的自旋-动量锁定。此外，电子在非均匀电场中的扩散输运会引起电荷密度的梯度，从而产生非局域电荷流、自旋密度和自旋流。我们讨论了这些量之间的关系内的线性响应施加电场使用Keldysh-Green函数方法。
2015-12-29 cond-mat.mes-hall
Study Of Surface Spin-Polarized Electron Accumulation In Topological Insulators Using Scanning Tunneling Microscopy
报道了用镀铁钨针尖和载流硒化铋（$Bi_2Se_3$）样品进行扫描隧道显微镜实验的结果。已经观察到隧穿电流相对于通过$Bi_2Se_3$样品的偏置电流方向的变化的不对称性。认为这种不对称性是拓扑保护表面电流模中90度电子自旋动量锁定引起的表面自旋极化电子积累的表现。结果表明，锡掺杂增强了$Bi_2Se_3$样品表面自旋极化电子积累的表现。此外，在载流$Bi_2Se_3$样品中还观察到自旋相关态密度的出现。
2019-11-01 cond-mat.mes-hall
Josephson effect in normal and ferromagnetic topological insulator planar, step and edge junctions
我们研究了平面、台阶和边缘几何形状的三维拓扑绝缘体表面上的约瑟夫森结。表示拓扑绝缘体的侧表面状态的狄拉克锥的椭圆性质导致与平面结相比，阶跃结中的约瑟夫森电流的比例因子。在边缘结中，由于表面态的自旋动量锁定，Andreev束缚态对约瑟夫森电流的贡献消失。此外，我们考虑一个结与铁磁绝缘体之间的超导区域。在这些铁磁结，我们发现一个反常的有限约瑟夫森电流在零相位差，如果磁化指向沿结（和垂直于约瑟夫森电流）。相对于结的中心区域的面外磁化打开了交换间隙，并导致当化学势增加时对于足够大的磁化的临界约瑟夫森电流的非单调行为。
2014-05-19 cond-mat.mes-hall
Charge and spin transport in edge channels of a $ν=0$ quantum Hall system on the surface of topological insulators
有限厚度的三维拓扑绝缘体，如果上下表面之间存在有限的电势差，在外加磁场作用下，可以在填充因子为$ν=0$的条件下表现出量子霍尔效应.计算了$ν=0$ QHE中表面Weyl费米子的能谱，发现在一定条件下，侧面的Weyl费米子可以形成具有螺旋自旋结构的带隙边态.这些边缘沟道解释了$ν=0$ QHE中的非局域电荷输运，这是在最近的实验中观察到的（Bi $_{1-x}$ Sb $_x$）$_2$ Te $_3$膜。由于自旋动量锁定，边缘通道也支持自旋输运。我们提出了一个实验装置来观察各种自旋电子学功能，如自旋输运和自旋转换。
2015-04-13 cond-mat.mes-hall
Finite-size energy gap in weak and strong topological insulators
拓扑绝缘体（TI）的非平凡性可以通过体拓扑不变量或被保护的金属表面态的存在来表征。然而，在有限尺寸的实际样品中，这种非平凡性并不一定保证表面态的无间隙性。依赖于几何结构和拓扑指数，可以出现不同性质的有限尺寸能隙，并且相应地，表现出带隙的各种标度行为。自旋-表面锁定提供了这样的间隙开放机制之一，导致能隙的幂律缩放。弱TI和强TI对样品的几何形状表现出不同程度的敏感性。作为一个值得注意的例子，一个强TI纳米线的矩形棱柱形状被示出为更多的间隙比弱TI的完全相同的几何形状。
2012-09-26 cond-mat.mes-hall
Towards the understanding of the origin of charge-current-induced spin voltage signals in the topological insulator Bi$_2$Se$_3$
拓扑绝缘体提供了一个新的平台，自旋电子学，由于自旋纹理的表面状态，拓扑鲁棒的弹性背散射。在这里，我们报告的调查所测得的电压从努力电探针自旋动量锁定在拓扑绝缘体Bi $_2$ Se $_3$使用铁磁接触。在反转铁磁接触的磁化时，我们发现测量电压的反转。考虑到磁化相对于电流的方向，对该电压的偏置和温度依赖性进行了广泛的分析。我们的研究结果表明，所测量的电压可以出现由于边缘场引起的霍尔电压，不同于电流引起的表面态载流子的自旋极化，最近报道。理解测量电压的非平凡起源对于实现具有拓扑绝缘体的自旋电子器件是重要的。
2015-11-04 cond-mat.mes-hall
Electronic confinement of surface states in a topological insulator nanowire
我们分析了拓扑绝缘体纳米线模型中电子表面态的限制。自旋动量锁定在表面状态减少了不必要的反向散射的存在下，非磁性的障碍，并被称为抵消本地化的某些值的磁通量线程线。我们表明，有意的背散射可以诱导在纳米线收缩的存在下的一系列条件。我们提出了一个几何纳米线，涉及两个收缩，并表明这些地区形成有效的障碍，允许形成一个量子点。我们分析了零温度非相互作用的电子输运通过设备使用的Landauer-Büttiker方法，并显示如何外部施加的磁通量平行的纳米线和静电门可以用来控制的量子点的光谱和电子输运通过表面状态的模型设备。
2022-06-28 cond-mat.mes-hall
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
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
Spin Hall photoconductance in a 3D topological insulator at room temperature
三维拓扑绝缘体是一类狄拉克材料，其中强自旋轨道耦合导致二维表面态。后者的特征是自旋动量锁定，即，每个动量矢量与在表面平面中垂直于它锁定的自旋相关联。虽然拓扑绝缘体的主要自旋产生能力已经得到很好的建立，但对于自旋与外部刺激（如偏振光）的相互作用知之甚少。我们观察到一个螺旋形的，偏置依赖的光电导在横向边缘的拓扑Bi2Te2Se血小板的光垂直入射。相同的边缘也表现出有限的偏置依赖的克尔角，指示由横向自旋霍尔效应在体状态的Bi2Te2Se血小板诱导的自旋积累。对称性分析表明，螺旋光电导是不同的常见的纵向光电导和光电流现象，但一致的累积自旋被运输的侧刻面的血小板。我们的研究结果表明，自旋效应的三维拓扑绝缘体的方面可以解决和读出的光电子器件，即使在室温下。
2017-08-01 cond-mat.mes-hall
Surface Step Defect in 3D Topological Insulators: Electric Manipulation of Spin and Quantum Spin Hall Effect
研究了垂直磁场作用下三维拓扑绝缘体中台阶缺陷对表面态的影响。通过计算表面态的能谱，发现朗道能级（LLS）可以形成在表面的平坦区域，并且远离台阶缺陷，在台阶缺陷的侧面出现多个子带。连接到两个第零个LL的子带是自旋极化的和手性的。特别地，当电子输运沿着侧表面时，电子自旋方向可以由栅极电压任意操纵。即使电子自旋方向改变，也不会发生反射。这提供了一个迷人的途径来控制电子自旋容易和连贯。此外，对于高LL指数的子带，存在自旋动量锁定螺旋态，并出现量子自旋霍尔效应。
2018-04-05 cond-mat.mes-hall
Anisotropic conductivity in magnetic topological insulators
研究了掺杂磁性杂质的三维拓扑绝缘体的表面电导率。表面电子的自旋-动量锁定使得它们与磁性杂质的散射各向异性，标准弛豫时间近似不再适用。使用半经典玻尔兹曼方法与广义弛豫时间计划，我们得到的弛豫时间的封闭形式和系统的表面电导率的函数的体磁化强度和取向的对齐的表面磁性杂质的解析表达式。我们表明，表面电导率是各向异性的，强烈依赖于磁性杂质的自旋方向和体磁化强度的大小。特别是，我们发现，表面电导率有其最小值时，表面杂质的自旋排列垂直于表面的TI，因此背散射的概率增加，由于杂质对表面电子施加的磁矩。
2015-03-09 cond-mat.mes-hall
Dissipationless transport by design in ultrathin magnetic topological insulator films
University of Antwerp（安特卫普大学）
本研究揭示了通过外部磁性和/或电子刺激抑制磁性拓扑绝缘体薄膜中电子背散射，实现完全无耗散的自旋极化电荷输运，为设计低能耗自旋电子器件提供了有效策略。
2025-10-14 cond-mat.mes-hall
Anatomy of nanomagnetic switching at a 3D Topological Insulator PN junction
在狄拉克锥系统内设计的pn结用作基于克莱因隧穿的门可调谐角滤波器。对于具有显著带隙的3D拓扑绝缘体，由于自旋-动量锁定和动量过滤的双重效应，这样的过滤器可以产生电荷到自旋的转换。我们分析了如何在平面拓扑绝缘体PN结（TIPNJ）过滤自旋与纳米磁体相互作用，并认为，本征电荷到自旋转换不转化为外部增益，如果纳米磁体也作为源极接触。无论纳米磁体的位置如何，在TIPNJ上产生的自旋扭矩都受到表面电流密度的限制，而表面电流密度又受到体带隙的限制。{使用量子动力学模型，我们计算了空间变化的自旋势，并量化了电流与外加偏压的局部化}。此外，与一个软纳米磁体的磁动力学模拟，我们表明，PN结可以提供一个关键的纳米磁体的开关概率的栅极可调谐性，在概率神经形态计算的潜在应用。
2021-11-19 cond-mat.mes-hall
Fermi level dependent charge-to-spin current conversion by Dirac surface state of topological insulators
与传统顺磁金属中的自旋霍尔效应相比，拓扑绝缘体（TI）的狄拉克表面态的自旋动量锁定提供了一种高效的电荷-自旋电流（C-S）转换的独特可能性。对于TI基自旋电流器件的发展，有必要定量地评估其转换效率作为费米能级EF位置的函数。本文利用自旋矩铁磁共振（ST-FMR）技术，对具有跨带隙调谐的（Bi_（1-x）Sb_x）_2 Te_3薄膜，通过引入qICS系数来表征界面C-S转换效应。在体绝缘条件下，通过狄拉克表面态的界面C-S转换效应被评估为几乎恒定的大qICS值，反映出qICS与几乎恒定的费米速度vF成正比。然而，当EF穿过Dirac点时，qICS被显著抑制，这可能是由于表面自旋的简并或螺旋自旋结构的不稳定性。这些结果表明，在TI基异质结构的EF的微调是至关重要的，以最大限度地提高效率，使用自旋动量锁定机制。
2015-10-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Heterostructures of graphene and topological insulators Bi$_2$Se$_3$, Bi$_2$Te$_3$, and Sb$_2$Te$_3$
Bi $_2$ Se $_3$系列的原型三维拓扑绝缘体提供了一个漂亮的例子，说明了由自旋轨道耦合引起的拓扑结构在体带隙内出现表面态。表面态通过时间反演对称性被保护免受反向散射，并且表现出自旋-动量锁定，由此电子自旋垂直于动量被极化，通常在表面的平面中。另一方面，石墨烯是一种典型的二维材料，具有可忽略的自旋轨道耦合。当石墨烯被放置在拓扑绝缘体表面时，邻近效应会引起巨大的自旋轨道耦合，从而使其Dirac电子具有有趣的新电子特性。我们提出了一个详细的理论研究单层石墨烯和拓扑绝缘体Bi $_2$ Se $_3$，Bi $_2$ Te $_3$，和Sb $_2$ Te $_3$的邻近效应，并阐明了定性的新的自旋轨道分裂的外观以及描述的唯象哈密顿量，通过分析所涉及的能带结构的轨道分解。这对于建立拓扑绝缘体和石墨烯表面之间邻近效应的微观模型应该是有用的。
2020-05-05 cond-mat.mes-hall
Signatures of Topological Superconductivity in Bulk Insulating Topological Insulator BiSbTe$_{1.25}$Se$_{1.75}$ in Proximity with Superconducting NbSe$_2$
在s波超导体和三维拓扑绝缘体（3D-TI）之间的界面处，超导性和自旋动量锁定的组合被预测将产生可以容纳Majorana费米子的奇异p波拓扑超导相。然而，以前研究的3D-TI样品的大体积电导率和3D大块超导体与2D拓扑表面状态之间的费米能级失配阻碍了重大进展。在这里，我们采用块状绝缘拓扑绝缘体与二维超导体NbSe $_2$通过范德华外延组装。实验测得的微分电导产生不寻常的功能，包括双间隙频谱，一个固有的不对称性，消失与小的平面内磁场和微分电导纹波的偏置显着大于超导能隙。我们解释我们的结果的基础上的邻近诱导超导的拓扑表面状态，同时也考虑拓扑平凡的超导性所产生的Rashba型表面状态的可能性。我们的工作表明，获得p-波超导体的邻近效应体绝缘TI的可能性。
2019-11-17 cond-mat.mes-hall
Spin-Torque Generation in Topological-Insulator-Based Heterostructures
利用拓扑绝缘体的异质结构表现出显著的自旋扭矩效率。然而，强扭矩的确切来源，特别是它是否源于拓扑表面态的自旋动量锁定，或者更确切地说，来自拓扑绝缘体的自旋霍尔物理仍然不清楚。在这里，我们探索了纯粹基于拓扑表面态的自旋扭矩产生机制。我们考虑拓扑绝缘体为基础的双层铁磁金属（TI/FM）和磁掺杂拓扑绝缘体（TI/mdTI），分别。通过将两种设置之间的关键理论差异归因于活性表面态的位置和数量，我们在拓扑表面态的非平衡自旋密度的自旋扩散的相同框架内描述了这两种设置。对于TI/FM双层，我们发现大的自旋扭矩效率大致相等的幅度为平面内和平面外的自旋扭矩。对于TI/mdTI双层，我们阐明了自旋转移类扭矩的主导地位。然而，我们无法解释数量级的增强报告。尽管如此，我们的模型给出了一个直观的图片的自旋扭矩产生的拓扑绝缘体为基础的双层，并提供了理论上的限制自旋扭矩产生由于拓扑表面状态。
2016-03-15 cond-mat.mes-hall
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
Odd-frequency superconducting pairing and subgap density of states at the edge of a two-dimensional topological insulator without magnetism
研究了无磁性的二维拓扑绝缘体边缘超导混合结中奇频自旋三重态s波配对的产生及其后果。更具体地说，我们考虑几个不同的正常超导体的混合系统在拓扑绝缘体的边缘，自旋单态s波超导配对是邻近诱导从外部常规超导体。我们进行了充分的分析计算，并表明奇频混合自旋三重态s波配对的出现是由于独特的自旋动量锁定在拓扑绝缘体边缘状态和自然非恒定的配对电位分布的混合系统。重要的是，我们建立了一个一对一的对应关系，在低能量的局域态密度（LDOS）和奇数频率的自旋三重态配对在NS，NSN和SNS结沿拓扑绝缘体的边缘;在接口的LDOS的增强可以直接归因于奇数频率配对的贡献。此外，在SNS结中，我们表明，零能量LDOS峰的出现在超导相$ϕ=π$是纯粹与奇频配对在中间的结。
2017-10-10 cond-mat.mes-hall
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
Direct comparison of current-induced spin polarization in topological insulator Bi2Se3 and InAs Rashba states
三维拓扑绝缘体（TI）具有时间反转对称性保护的线性色散狄拉克表面态。在TI表面的能带弯曲也可能导致共存的平凡的二维电子气（2DEG）状态与抛物线的能量色散，存在作为自旋分裂对由于Rashba自旋轨道耦合（SOC）。一个偏置电流预计将产生自旋极化在这两个系统所产生的螺旋自旋动量锁定。然而，它们的诱导自旋极化预计在幅度和符号上都不同。在这里，我们比较偏置电流产生的自旋极化在Bi2Se3（111）膜狄拉克表面状态与平凡的2DEG状态共存的自旋电位测量，与相同的测量InAs（001）样品，只有平凡的2DEG状态存在。我们观察到自旋极化所产生的自旋动量锁定在这两种情况下，相反的符号的自旋电压。我们提出了一个模型的基础上自旋相关的电化学势直接推导出预期的TI表面状态的迹象，并明确地表明，占主导地位的贡献电流产生的自旋极化测量的TI是从狄拉克表面状态。Dirac和Rashba 2DEG状态的螺旋自旋纹理的这种直接电访问是朝着下一代基于TI和SOC的量子器件中的自旋的电操纵迈出的一步。
2016-05-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
