Visualizing the breakdown of the quantum anomalous Hall effect
本研究结合磁成像与电学输运测量，可视化了磁性掺杂拓扑绝缘体中量子反常霍尔效应的电流诱导击穿，发现其完全由电子加热主导，为诊断拓扑材料能量弛豫和实现稳健拓扑保护提供了框架。
2025-03-04 cond-mat.mes-hall
Visualizing topological edge states of single and double bilayer Bi supported on multibilayer Bi(111) films
独立的单双层Bi（111）是一种边缘态沿其周边传播的二维拓扑绝缘体。在实验上给出了层间耦合的情况下，Bi（111）薄膜的拓扑性质以及支撑衬底对最顶层Bi双层的影响仍然存在争议。本文结合扫描隧道显微镜和第一性原理计算，系统地研究了NbSe 2衬底上生长的Bi（111）薄膜的电学性质。两种类型的非磁性边缘结构，即，传统的Z字形边缘和2 × 1重构边缘交替地共存于单个双层岛的边界处，其拓扑边缘状态表现出显著不同的能量和空间分布。无论Bi（111）薄膜的底层厚度如何，在单层和双层Bi岛的边缘处都持续可见突出的边缘状态。我们提供了一个解释所观察到的边缘状态，验证了与第一性原理计算的拓扑起源。本文澄清了长期以来关于Bi（111）薄膜拓扑结构的争论，并揭示了通过边缘修饰的拓扑边缘态的可调谐性。
2018-12-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Visualizing topological transport
我们提出了一个数学上简单的程序来解释和可视化的动力学量子化输运的拓扑绝缘体。该过程用于说明和澄清拓扑输运的动力学一般，但为了具体起见，它是在这里措辞的电荷有序链中的电子输运，这可能会被精确地映射到边缘通道之间的传输在量子量子霍尔效应。它的优点是，它允许直接可视化的真实空间和实时演变的电子电荷在整个拓扑泵浦周期，从而揭开神秘的电荷之间的流动由绝缘体分离的远程边缘，为什么运输的电荷量是由拓扑不变，以及如何连续驱动产生离散的，量化的运输量的电荷。
2020-10-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Persistence of phase boundaries between a topological and trivial Z2 insulator
当存在时间反演对称性时，拓扑带绝缘体和平凡带绝缘体之间存在明显的区别，这确保了当参数变化时，这些相被体隙关闭的相变分离。令人惊讶的是，我们发现，即使在时间反演对称性的情况下，源于相边界的无间隙区域仍然存在。此外，临界线一般打开，以封闭陈绝缘相，薄，但在相图中的有限程度。我们解释了这种效应的拓扑起源的量子化电荷泵，特别是显示，它是强大的无序和相互作用的效果。
2012-07-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
The edge spectrum of Chern insulators with rough boundaries
陈氏绝缘体是周期性带状绝缘体，其性质是它们在占据带上的投影具有非零的陈氏数。具有均匀边界的Chern绝缘体显示出充满整个绝缘间隙的连续谱。对应于这部分谱的局域态密度位于边界附近，因此称为边缘谱。一个有趣的问题出现了，即，如果一个粗糙的边界，它可以被看作是一个强随机的潜力，这些准一维状态，将破坏连续边缘谱。本文展示了如何通过一个新制定的抽象框架，其中的期望值的电流的一般观察连接到一个特定的Fredholm运营商的指数可以回答这样的问题。对于本申请，我们将连接的期望值的电荷边缘电流与指标的Fredholm算子，保持不变的任意变形下的边界。
2009-02-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci math-ph
Single-domain imaging in topological insulator Bi2Te3 thin films
本研究通过原子力显微镜对比Bi2Se3和Bi2Te3在Al2O3上的形貌，发现Bi2Te3实现单域，提出孪晶界形成与范德华间隙层间相互作用相关，而非应变或缺陷。
2024-11-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Trapped state at a dislocation in a weak magnetomechanical topological insulator
拓扑绝缘体（TI）的特征在于绝缘体和其边界上的对称保护束缚态。“强”拓扑绝缘体的特征在于受某些内部对称性保护的\emph{all}边界上的稳健导电状态。然而，“弱”拓扑绝缘体（WTI）需要晶格平移对称性，使其对无序更敏感。然而，这种敏感性引起了有趣的特性，如各向异性的边缘模式，量子化的电荷极化，并出现在位错缺陷的束缚态。尽管拥有有趣的功能，WTI对疾病的敏感性构成了实验确认的挑战。在这里，我们实现了一个2D磁机械超材料，并通过实验证明了WTI的独特功能。具体来说，我们表明，二维WTI是各向异性的主机边缘模式只在某些边缘，以及托管在位错缺陷的束缚态。我们构建的2D WTI从堆叠的1D SSH链，我们在实验上显示了不同的间隙阶段的1D模型。
2020-12-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Effective field theories for interacting boundaries of 3D topological crystalline insulators through bosonisation
在这里，我们分析了两个狄拉克费米子物种在两个空间维度中存在的一般四次接触相互作用。通过采用功能玻色子化技术，我们证明，依赖于费米子相互作用的耦合系统可以有效地描述了丰富多样的拓扑质量规范理论。在这些有效的理论中，我们得到了一个具有高阶导数的扩展的Chern-Simons理论以及两个耦合的Chern-Simons理论。我们的形式主义允许相互作用的费米子出现的一般描述，例如，在三维拓扑晶体绝缘体的间隙边界。
2021-01-06 cond-mat.mes-hall hep-th
Self-organized pseudo-graphene on grain boundaries in topological band insulators
半金属的特点是节点能带结构，产生奇异的电子特性。狄拉克半金属的稳定性，如二维（2D）的石墨烯，需要晶格对称性的存在，而类似于拓扑带绝缘体的表面状态，三维（3D）的Weyl半金属受到带拓扑的保护。在这里，我们表明，在大部分的拓扑带绝缘体，自组织拓扑保护的半金属可以出现沿晶界，一个无处不在的扩展晶格缺陷在任何晶体材料。除了实验上可获得的电子输运测量之外，这些状态在2D中表现出影响边缘自旋输运的谷异常，而在3D中，它们表现为可以表现出奇数量子霍尔效应的类石墨烯状态。这些新的半金属的一般机制-自旋模式绑定到晶界的杂交-表明拓扑半金属可以出现在任何拓扑材料中，其中晶格位错绑定局部拓扑模式。
2016-03-17 cond-mat.mes-hall
Sign freedom of non-Abelian topological charges in phononic and photonic topological insulators
三带系统中节线的拓扑性质可以用称为四元数的非阿贝尔拓扑荷来描述。由于本征态的规范自由度，非阿贝尔拓扑荷的符号可以通过执行规范变换来翻转，即，选择不同的本征态基。然而，在诸如声子和光子拓扑绝缘体的现实系统中，符号翻转还没有被明确地示出。在这里，我们阐述了符号自由度的可视化数值计算的拓扑电荷的声子和光子拓扑绝缘体。在这样做时，我们采用多个节点线的公共参考点方法来确认符号翻转不会在构建四元数组时引起任何问题。
2021-10-12 cond-mat.mes-hall physics.optics
Reflection symmetric second-order topological insulators and superconductors
二阶拓扑绝缘体是晶体绝缘体，具有带隙的本体和带隙的晶界，但是在两个边界的交叉处具有拓扑保护的无隙状态。在没有进一步空间对称性的情况下，Altland-Zirnbauer的十个对称类中有五个允许在二维和三维中存在这种二阶拓扑绝缘体。我们表明，反射对称性可以用来系统地产生二阶拓扑绝缘体和超导体的例子，虽然拓扑保护状态的角落（在二维）或晶体边缘（在三维）继续存在，如果反射对称性被打破。具有破缺时间反转对称性的三维二阶拓扑绝缘体的霍尔电导以$e^2/h$为单位量子化。
2017-10-27 cond-mat.mes-hall
Bright-field Nanoscopy: Visualizing Nano-structures with Localized Optical Contrast Using a Conventional Microscope
大多数超出衍射极限的光学可视化方法都依赖于分子标签的荧光发射。在这里，我们报告了一种方法，用于可视化的纳米结构的几个纳米使用传统的明场显微镜，而不需要额外的分子标记，如荧光团。该技术，双场纳米显微镜，是基于强烈的厚度依赖颜色的超薄锗的光学厚金膜。我们展示了化学气相沉积单层石墨烯中的晶界的可视化和单个40 nm Ag纳米颗粒的检测。我们估计使用这种技术的尺寸检测限约为2 nm。除了可视化纳米结构外，该技术还可用于探测纳米级的流体现象，例如通过2D膜的传输。作为一个例子，我们使用这种技术估计通过1 nm厚的聚合物膜的水传输速率。此外，该技术还可以扩展到研究特定离子在溶液中的传输。预计这种技术将在从单纳米颗粒分辨传感到研究纳米级流体-固体界面现象的应用中找到用途。
2015-12-28 cond-mat.mes-hall physics.optics
Chiral Hall effect in the kink states in topological insulators with magnetic domain walls
在这篇文章中，我们考虑由于拓扑保护扭结态形成的手征霍尔效应在拓扑绝缘体的边界之间的域具有不同的拓扑不变量。这样的系统包括磁性掺杂或接近铁磁体的三维拓扑绝缘体的表面，以及某些二维拓扑绝缘体。我们分析了沿畴壁的平衡电荷电流，表明它等于沿畴外边界反向传播的平衡电流之和。此外，我们还计算了当外加电压垂直于畴壁时沿畴壁的耗散电流。
2020-04-22 cond-mat.mes-hall
Disordered weak and strong topological insulators
用数值方法建立了无序弱、强拓扑绝缘体的全局相图。正如预期的那样，相边界的位置被无序重新归一化，这是在所谓的拓扑安德森绝缘体的研究中认识到的特征。在这里，我们报告了意外的量化，即，对这些相边界上的电导峰的无序的鲁棒性。工作的另一个亮点是在无序状态下弱拓扑绝缘体相的两个子区域的出现。根据电导的尺寸依赖性，表面态在两个子区域中要么是稳健的，要么是“失败的”。通过研究李雅普诺夫指数进一步揭示了这两种不同类型行为的本质。
2013-06-13 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall
Local topological markers for Chern insulators in ribbon geometry
Faculty of Mathematics and Physics, University of Ljubljana（卢布尔雅那大学数学物理学院）；Jožef Stefan Institute（约瑟夫·斯蒂芬研究所）
本文研究了在部分平移对称性系统中局部陈标记的特性，通过混合位置-动量基计算了开放和周期边界条件下的局部陈标记，并在Haldane模型ribbon中展示了边界行为与完全开放几何的不同。
2026-04-11 cond-mat.mes-hall
Plasmons in Two-Dimensional Topological Insulators
我们使用无规相位近似分析二维拓扑绝缘体模型中的集体激发。在一个二维扩展的Su-Schrieffer-Heeger模型中，边缘等离子体激元激发与诱导的电荷密度分布定位在系统的边界处被发现在拓扑非平凡的阶段，分散类似于一维体等离子体激元在传统的Su-Schrieffer-Heeger链。对于二维散装集体模式，我们揭示了制度的增强带间波函数的相关性，导致特性硬化和软化的带间和带内体等离子体分支，分别。在二维的Halen-Chern绝缘体模型中，观察到纳米带结构中的手性、单向边缘等离子体激元，其特征在于有效的库仑相互作用截面。在二维Haldron模型中，体集体激发是由不同拓扑相的单粒子能带结构细节引起的。
2021-02-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin connection and boundary states in a topological insulator
本文研究了三维拓扑绝缘体的表面电阻率，当边界具有非平凡曲率时。我们得到了球形拓扑绝缘体的解析解，并从三维能带结构中发现了非平凡的量子自旋连接。我们分析了自旋连接对平面上凸起散射的影响。当电子波长与凸块的尺寸相当时，由几何形状引起的量子效应导致共振。
2010-11-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci hep-th
Multifractality and Conformal Invariance at 2D Metal-Insulator Transition in the Spin-Orbit Symmetry Class
研究了二维自旋轨道（辛）普适类中非相互作用电子在金属-绝缘体相变（MIT）边界和拐角处的临界波函数的多重分形性.我们发现边界附近的MF指数与体块中的MF指数不同。在一个角落的指数被发现是直接相关的那些在一个直的边界通过共形不变性所产生的关系。这为二维自旋轨道MIT的共形不变性提供了直接的数值证据。即使在热力学极限下，边界的存在也会改变整个样品的MF。
2007-04-13 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall
Direct measurement of proximity-induced magnetism at the interface between a topological insulator and a ferromagnet
当拓扑绝缘体（TI）与铁磁体接触时，时间反转和反转对称性在界面处都被破坏。在TI表面形成能隙，其电子通过短程交换相互作用获得净磁矩。磁TI可以承载各种奇异的量子现象，如大质量狄拉克费米子，马约拉纳费米子，量子反常霍尔效应和沿畴界的手征边缘电流。然而，在掩埋界面处的感生磁性的选择性测量仍然是一个挑战。使用磁二次谐波产生，我们直接探测在铁磁绝缘体（FMI）EuS和三维TI Bi 2Se 3之间的界面处诱导的面内和面外磁化。我们的研究结果不仅可以表征在TI-FMI接口的磁性，但也奠定了基础，成像磁畴和域边界的磁性TI表面。
2016-07-14 cond-mat.mes-hall
Buckled honeycomb group-$V$--$S_6$ symmetric $(d-2)$ higher order topological insulators
高阶拓扑绝缘体（HOTI）是$d$ -空间维系统，其特征在于在其$(d-n)$维边界处具有拓扑保护的无间隙状态。借助\textit{ab-initio}计算和紧束缚模型以及对称性考虑，我们表明，已经合成的V族元素（Sb，As）的单层屈曲蜂窝结构属于这一类，并且在角态以及弱拓扑边缘态具有$\frac{e}{2}$的电荷分馏，在将该系统分类为四极拓扑绝缘体的反转操作下，所有这些都受到它们的性质的保护。
2020-03-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Extended Bloch theorem for topological lattice models with open boundaries
虽然通过傅立叶变换可以简单地得到非相互作用晶格模型的布洛赫谱，但是在开边界条件下对角化同一问题通常只能在数值上或理想化的极限下才有可能。在这里，我们目前感兴趣的一些晶格模型，包括超蜂窝晶格，自旋轨道耦合石墨烯，三维拓扑绝缘体的金刚石晶格，其中没有以前的精确的有限尺寸的解决方案是可用的边界状态的精确解析解。此外，我们确定光谱镜像对称性的关键criterion解析获得整个（体和边界）的频谱以及伴随的本征态，并将其用于陈和$\mathcal Z_2$绝缘体与开放边界的余维1。在二维Lieb晶格的情况下，我们进一步扩展这一点，并展示了如何分析获得整个频谱中存在的开放边界在两个方向上，在那里它有一个明确的解释散装，边缘和角落的状态。
2019-02-19 cond-mat.mes-hall
Boundary scattering in micro-size crystal of topological Kondo insulator SmB$_6$
研究了声子边界散射对拓扑近藤绝缘体SmB $_6$热输运的影响。在300 K-3 K温度范围内，用$3ω$方法进行了研究。我们发现，所观察到的微尺寸的钐$_6$的热导率的数量级小于散装单晶。使用Callaway模型，我们分析了低温晶格的微晶热导率，并表明，声子散射样品边界在这种拓扑材料的热阻中起着重要作用。此外，我们表明，晶格热导率的温度依赖性显示出双峰结构，表明复杂的声子-声子或声子-缺陷相互作用的SmB $_6$。这些研究结果为在微观尺度上理解新材料和器件的热输运提供了指导。
2022-08-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
General corner charge formula in two-dimensional C_n-symmetric higher-order topological insulators
本文导出了二维C_n对称高阶拓扑绝缘体量子化分数角电荷的一般公式。我们假设电子态可以用Wannier函数描述，并且边缘是电荷中性的，但我们不假设体电极化的强度消失。通过考虑更一般的表面条件，如具有较高的米勒指数和表面重构的表面，我们扩大了在以前的作品中得到的角电荷公式的范围。我们的理论是适用的，即使当电子状态在很大程度上调制系统边界附近。对于体极化不为零的绝缘体，角电荷的大小与表面终止有关，即使对于C_3或C_4对称的体晶体，角电荷的大小也是通过C_n对称晶体中心的Wyckoff位置的不同来决定的。
2021-05-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Wave-packet propagation in a finite topological insulator and the spectral localizer index
我们考虑有限拓扑绝缘体中的电子模型。我们数值研究了在缺陷和随机无序的存在下，电子波包的传播。我们比较传播与计算的\emph{spectral localizer index}：一个空间局部拓扑指数。我们发现，没有混乱，波包传播沿不同的光谱定位器指数的区域之间的边界，具有最小的损失，即使在存在强缺陷。在无序的情况下，波包仍然沿着不同定域指数的区域之间的边界传播，但在传播过程中会损失大量的质量。我们还发现，与无序，\emph{localizer gap}，定位器指数“强度”的措施，通常是较小的远离边界比没有混乱。基于这一结果，我们推测，波包传播沿不同的光谱定位器指数的区域之间的边界不会失去显着的质量时，定位器的差距是足够大的两侧的边界。
2020-01-14 cond-mat.mes-hall math-ph math.MP
Anomalous and normal dislocation modes in Floquet topological insulators
具有非平凡体拓扑不变量的电子带通过边界处的鲁棒无隙模式显现，例如，边缘和表面。因此，这种体-边界对应在受驱动量子材料中也是有效的。例如，合适的周期性驱动器可以将普通绝缘体转换为Floquet拓扑绝缘体（FTI），其在与真空的界面处适应非耗散动态无间隙模式。在这里，我们从理论上证明，位错，晶体中无处不在的晶格缺陷，可以探测FTI以及非常规的$π$ -平凡的绝缘体在大部分驱动的量子系统通过支持正常和异常模式，本地化的缺陷核心附近。正常和异常位错模式分别位于Floquet区中心和边界。我们对二维Floquet Chern绝缘体和$p_x+ip_y$超导体的位错模分别由带电和中性的Majorana费米子构成的情形进行了研究。因此，我们的研究结果应该有助于探测Floquet拓扑相位在国家的最先进的实验驱动量子晶体，冷原子设置，光子和声子超材料通过散装拓扑晶格缺陷。
2021-07-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Surfaces of Axion Insulators
轴子绝缘体是磁性拓扑绝缘体，其中非平凡的$\mathbb{Z}_2$指数由反转对称性而不是时间反演对称性保护。轴子绝缘体的自然间隙表面产生半量子化的表面反常霍尔电导率（AHC），但表面AHC的符号不能从拓扑参数确定。本文研究了轴子绝缘体表面的拓扑现象。为了明确，我们构建了一个最小的紧束缚模型的烧绿石晶格和调查的全进全出（AIAO）和铁磁（FM）的自旋配置。我们还实现了最近提出的方法直接计算表面AHC，这使我们能够探索如何表面终止和磁有序之间的相互作用确定的半量化表面AHC的符号。在AIAO订购的情况下，我们表明，它是可能的，以构建一个拓扑状态，没有保护的金属状态的边界上的任何尺寸（表面，铰链，或角落），虽然手性铰链模式发生许多表面配置。在FM的情况下，由外部场的磁化旋转提供了一个很有前途的手征铰链模式，这也可以出现在表面台阶或散装域壁出现在表面上的控制手段。
2018-11-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Dislocation as a bulk probe of higher-order topological insulators
拓扑材料是现代凝聚态物理研究的中心，它以其坚固的金属边缘或表面态为拓扑不变量，表征了体材料中的电子能带结构。高阶拓扑（HOT）状态扩展了这种通常的体边界对应关系，因此它们拥有位于低维边界（如角和铰链）的模式。在这里，我们从理论上证明，位错，晶体材料中无处不在的缺陷，可以探测高阶拓扑结构，最近在各种平台上实现。我们发现，HOT绝缘体响应位错通过对称性保护的有限能量的间隙电子模式，定位在缺陷的核心，这源于HOT质量畴壁的取向和伯格斯矢量的位错之间的相互作用。因此，只有当Burgers矢量指向低维无间隙边界时，这些模式才变得无间隙。我们的研究结果是相应的系统探测的扩展体边界对应在广泛的HOT晶体，光子和声子或机械超材料通过体拓扑晶格缺陷。
2021-08-04 cond-mat.mes-hall
Electro and magneto statics of topological insulators as modeled by planar, spherical and cylindrical $θ$ boundaries: Green function approach
本文用格林函数方法分析了由陈-西蒙斯（CS）电动力学扩展所产生的边界效应。我们考虑电磁场耦合到一个$θ$项，该项在不同的空间区域中是分段常数，由一个共同的界面$Σ$，$θ$边界，模型，我们将称为$θ$电动力学（$θ$ ED）。该模型为描述拓扑绝缘体（TI）提供了正确的低能有效作用量。在这项工作中，我们构造静态GF在$θ$ ED为不同的几何配置的$θ$边界，即：平面，球形和圆柱形$θ$接口。此外，我们适应的标准格林定理，包括$θ$边界的影响。这些是我们的工作中最重要的结果，因为它们允许获得相应的静态电场和磁场的任意源和任意的边界条件在给定的几何形状。此外，该方法提供了一个明确的起点，无论是分析或数值近似的情况下，精确的分析计算是不可能的。在上述的$θ$边界的几何形状的简单情况下，提供明确的解决方案。通过研究具有给定边界条件的平面TI与点状电荷相互作用的问题，说明了适应格林定理。我们的概括，当特殊化到特定的情况下，成功地与以前报道的结果相比，其中大部分已通过使用图像的方法获得。
2016-01-22 cond-mat.mes-hall hep-ph hep-th
One-dimensional channel for Dirac electrons in a 3D topological insulator
拓扑绝缘体代表了一种新的物质状态，其中体能带的拓扑性质决定了具有独特性质的表面态的存在。这些材料被预测为主机异国情调的状态，如马约拉纳费米子和1D手征模式，其中许多需要一个微妙的调谐狄拉克点附近的表面状态的属性。利用扫描隧道显微镜（STM）对典型的拓扑绝缘体Bi 2 Te 3进行了研究，发现了一维拓扑条纹，这种条纹可以引起电子结构的空间调制变化。直接磁场测量揭示了朗道能级能量的条纹图案，其可用于实现具有交替填充分数的空间区域。当化学势被适当调节时，观察到的调制将指示在条纹之间的边界处存在拓扑1D手性模式，并为在拓扑绝缘体中实验实现1D无耗散量子线提供平台。我们的发现，表面态色散调制纳米尺度上的内在地形路线代表了一个新的范例控制狄拉克电子的性质。
2012-05-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Visualizing interaction-driven restructuring of quantum Hall edge states
Princeton University（普林斯顿大学）；University of California at Berkeley（加州大学伯克利分校）；University of California at Santa Barbara（加州大学圣塔芭芭拉分校）；National Institute for Materials Science（国立材料研究所）
本研究利用扫描隧道显微镜高分辨成像石墨烯中的量子霍尔边缘态，揭示了电子相互作用对整数量子霍尔边缘结构的调控作用及平均场理论的适用局限，还观测到分数量子霍尔边缘的相互作用光谱特征。
2025-11-14 cond-mat.mes-hall
From Coupled Rashba Electron and Hole Gas Layers to 3D Topological Insulators
我们引入了一个具有Rashba自旋轨道相互作用的堆叠的二维电子和空穴气体层的系统，并表明层之间的隧道耦合诱导了强的三维（3D）拓扑绝缘体相。在每个二维散装边界，我们发现由一个单一的各向异性狄拉克锥，我们通过分析和数值计算表明，频谱。我们的设置有一个单元格组成的四个隧道耦合Rashba层，并提出了一个合成的强大的三维拓扑绝缘体，并区分其相当高的实验可行性。
2015-11-05 cond-mat.mes-hall
Type-II quadrupole topological insulators
电极化的强度的现代理论是由贝里相来表述的，贝里相在量子化时导致物质的拓扑相。最近，通过发现所谓的四极拓扑绝缘体，这种公式被扩展到更高的电多极矩。经典电磁理论已经建立了二维材料中四极拓扑绝缘体的量子化性质应满足一个基本关系。在这里，我们发现了一种新型的四极拓扑绝缘体（被称为II型），违反了这种关系，由于故障的对应关系，一个瓦尼尔带和边缘能谱关闭他们的差距同时。我们发现，类似于以前发现的（称为I型）四极拓扑绝缘体，II型主机的拓扑保护的角状态携带分数角电荷。然而，边缘极化只发生在第二类绝缘相的一对边界处，导致违反经典约束。我们证明了这种新的拓扑现象可以出现在非平衡系统中的猝灭动力学，这可以在超冷原子气体中实验观察到。我们还提出了一个实验方案与电路，以实现这样一个新的拓扑相的物质。新的拓扑绝缘相的存在意味着具有不同性质的新的多极拓扑绝缘体可以在超越经典约束的更广泛的背景下存在。
2020-07-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Generation of higher-order topological insulators using periodic driving
该研究提出多种周期Floquet驱动方案，可从非拓扑或一阶拓扑相出发生成二维、三维Floquet高阶拓扑绝缘体及动力学反常π模，为拓扑相非平衡调控提供了新途径。
2023-11-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Observation of an acoustic octupole topological insulator
与晶体中的能带相关联的Berry相可以导致量子化的量，例如绝缘体中的电偶极极化的量子化，称为一维（1D）拓扑绝缘体（TI）相。最近的理论已经将这种量子化从偶极推广到更高的多极矩，从而导致多极TI的发现，多极TI在边界的边界处表现出多极拓扑的级联层次：三维（3D）块体中的量子化八极矩可以在其二维（2D）表面上诱导量子化四极矩，然后沿着一维铰链产生量子化偶极矩。二维四极TI模型已经在各种经典结构中实现，表现出零维（0D）的间隙角态。在这里，我们报告的实现上的量化八极TI的平台上的三维声学超材料。通过直接声学测量，我们观察到0D角状态，1D铰链状态，2D表面状态，和3D体状态，作为从八极矩到四极矩和偶极矩的拓扑层次结构的结果。通过与另外两个具有平凡八极矩的样品的比较，进一步论证了形成非平凡八极矩的临界条件。因此，我们的工作建立了多极拓扑结构及其完整的级联层次结构的三维几何形状。
2022-09-26 cond-mat.mes-hall
Phase Structure of the Topological Anderson Insulator
本文研究了二维（正方形而非条形）无序拓扑Anderson绝缘体。我们首先报告的有限系统的相图，然后研究相边界的演变时，系统的大小增加到一个非常大的$1120 \times 1120$面积。我们建立了电导量子化可以发生没有散装带隙，有两个不同的缩放区域与量子化电导：TAI-I与散装带隙，和TAI-II与本地化的散装状态。我们发现，有没有干预之间的体导电相和TAI-I和TAI-II标度区域的绝缘相，并且没有金属相之间的量子化和绝缘相的过渡。中心附近的量子化绝缘过渡的本征态的大小和分形维数$d_2$有很宽的峰值;在很大一部分的电导平台本征态增长时，无序强度增加。峰最大值处的分形维数为$d_2 \approx 1.5$。有效介质理论（CPA，SCBA）能很好地预测有间隙的TAI-I标度区的边界和内部，但不能预测除一个无间隙的TAI-II标度区之外的所有边界。我们报告电导分布附近的几个相变，并比较它们与临界电导分布为知名的模型。
2012-04-20 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall
Magnonic Quadrupole Topological Insulator in Antiskyrmion Crystals
当保护高阶拓扑相的晶体对称性在样品的边界处不被保留时，无间隙铰链模式或间隙内角态不能稳定。因此，需要仔细设计样品终止。类似地，磁性纹理，其量子波动决定了所支持的磁振子激发，倾向于松弛到新的配置，当引入边界时，也可能打破晶体对称性。在这里，我们发现，反kyrmion晶体提供了一个实验平台，实现磁振子拓扑四极绝缘体，其标志性签名是强大的磁振子角态。此外，我们表明，调整施加的磁场可以触发沿样品边缘携带分数拓扑电荷的反kyrmions的自组装。至关重要的是，这些分数反回旋子恢复了强制磁振子角态出现所需的对称性。使用嵌套的威尔逊圈，适应于磁振子系统支持的非共线磁纹理的机械，我们证明了体四极矩，边缘偶极矩，和角落的费用的量化。
2020-05-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
A signature index for third order topological insulators
在这项工作中，我们开发了一个索引签名表征三维系统中的三阶拓扑相位。该指数是希格斯三重态值在3D角上的单项式签名的交替和。我们将我们的方法扩展到具有开放边界的N维系统，并证明拓扑不变量可以有效地推广到任何空间维度，包括二阶拓扑绝缘体。已知的结果低维系统恢复和解释中的希格斯空间参数。
2022-07-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci math-ph
Theory of the microwave impedance microscopy of Chern insulators
本文提出了任意量子材料微波阻抗响应的通用理论框架，预测并验证了Chern绝缘体边界因边缘磁等离激元激发导致的MIM响应增强，展示了MIM定量提取拓扑不变量及区分边缘态的能力。
2023-04-18 cond-mat.mes-hall
Four-Dimensional Topological Insulators with Nodal-Line Boundary States
传统的拓扑绝缘体和超导体在其边界上具有拓扑保护的节点，而最近对单线半金属的兴趣仅涉及体能带结构。在这里，我们提出了一种新的四维拓扑绝缘体保护的反酉反射对称，其边界带具有一个单一的$PT$对称的节线与双拓扑电荷。受最近四维量子霍尔效应实验实现的启发，我们还提出了一个冷原子系统，实现了新的拓扑绝缘体与可调参数作为额外的维度。
2018-05-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Second-order topological insulators and superconductors with an order-two crystalline symmetry
二阶拓扑绝缘体和超导体在体块中和沿边界具有带隙的激发谱，但是在二维晶体的拐角处具有受保护的零模式或在三维晶体的铰链处具有受保护的无带隙模式。二阶拓扑相可以由体晶体对称性的存在引起。基于Shiozaki和Sato对具有二阶晶体对称性的体晶相的完整分类[Phys.\修订版本\ B { \bf 90}，165114（2014）]，例如镜面反射、二重旋转或反转对称，我们将所有相应的二阶拓扑绝缘体和超导体分类。分类还包括反对一对称和反对称。
2018-07-04 cond-mat.mes-hall
Quantum phase transitions of a disordered antiferromagnetic topological insulator
我们研究了静电无序对三维反铁磁绝缘体（具有交错磁化的量子反常霍尔层堆叠）电导率的影响。相图包含的区域中，无序的增加首先导致表面导电的外观（通过拓扑相变），其次是体导电的外观（通过金属-绝缘体过渡）。导电的表面状态是稳定的有效的时间反转对称性，是打破局部的混乱，但恢复长的长度尺度。一个简单的自洽玻恩近似可靠地定位这个所谓的“统计”拓扑相的边界。
2013-10-03 cond-mat.mes-hall
Higher-Order Topological Insulator in Twisted Bilayer Graphene
高阶拓扑绝缘体是新近提出的一种物质拓扑相，其体拓扑表现为二维或高维下边界的局域模。在这项工作中，我们提出了扭曲的双层石墨烯与大角度作为高阶拓扑绝缘体，托管拓扑角电荷。在大的相称角，谷间散射打开了体隙和角状态发生在半填充。基于第一性原理计算和解析分析，我们得到了一个惊人的结果：只要基本对称性保持不变，角态的出现并不依赖于特定角的选择.我们的研究结果表明，扭曲双层石墨烯可以作为一个强大的候选材料的二维高阶拓扑绝缘体。
2019-07-05 cond-mat.mes-hall
Cutting off the non-Hermitian boundary from an anomalous Floquet topological insulator
在二维反常Floquet绝缘体中，非厄米边界态工程可以用来将手征边界态与准能谱中的体能带完全分离。这种光谱分离的边界态的拓扑性质不再受严格的体积边界对应的厄米系统。我们表明，这种额外的拓扑自由度，使人们能够忠实地转移的拓扑性质的边界附加到一个Floquet绝缘体的非厄米特Floquet链通过物理切断边界从散装。我们实现这种情况下的一个简单的模型，一个异常的Floquet绝缘体厄米和非厄米边界，并讨论我们的建设的相关性，实验实现非厄米拓扑相连接的维度1和2。
2020-07-28 cond-mat.mes-hall
Zeeman Field-Tuned Transitions for Surface Chern Insulators
拓扑晶体绝缘体的镜像对称表面具有偶数个狄拉克表面态。一个表面塞曼场一般间隙这些国家导致一个量子化的异常霍尔效应。改变塞曼场的方向，诱导不同的表面绝缘态之间的跃迁，其中任何两个陈数在-4和4之间。在晶体框架中，相边界发生在场取向上，场取向是在球体上具有（111）类法线的大圆。
2013-09-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
High Chern number phase in topological insulator multilayer structures: a Dirac cone model study
我们使用狄拉克锥模型来探索Zhao等人在磁掺杂拓扑绝缘体（TI）多层结构中实现的高陈数（C）相[Nature 588，419（2020）]。通过捕捉相边界随参数的变化，计算了T1多层结构的陈氏数，得到了T1多层结构的陈氏数相图。高C行为归因于重整化狄拉克锥的带反转，伴随着带反转，在Γ点处的自旋极化将增加。此外，还研究了另外两种TI多层结构和TI超晶格结构。
2022-08-18 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
Edge Solitons in a Nonlinear Mechanical Topological Insulator
我们报告了在二维机械（声子）拓扑绝缘体中从理论和数值上发现的局域和单向非线性边行波。该晶格由一组具有弱Duffing非线性的摆通过线性弹簧连接而成。我们证明了经典的一维非线性薛定谔方程控制着二维边缘模的包络，并研究了一维中的行波和流氓波在二维中作为边缘孤子的传播。作为拓扑保护的结果，这些边缘孤子持续很长的时间间隔，并通过不规则的边界。
2018-05-08 cond-mat.mes-hall nlin.PS physics.class-ph
Experimental Realization of Acoustic Chern Insulator
拓扑绝缘体是一种新的物质状态，其拓扑相起源于对称性破缺。近年来，时间反演不变的拓扑绝缘体被证明适用于经典波系统，如声学系统，但受到赝自旋间或谷间背散射的限制。这个挑战可以通过打破时间反演对称性来有效地克服。在这里，我们报告了第一个实验实现的声学拓扑绝缘体与非零陈数，即，声学陈氏绝缘体（ACI），通过引入一个角动量偏置谐振器阵列与破洛伦兹互易性。利用高Q因数谐振来降低所需的旋转速度。实验结果表明，具有稳定均匀的准流体流偏置特性的ACI支持声在边界处的单向非互易传输，在拓扑上不受缺陷诱导散射的影响.我们的工作开辟了探索独特的可观察到的拓扑相位和开发实用的非互易声学设备的机会。
2018-01-24 cond-mat.mes-hall
Selective bulk-boundary correspondence in higher-order topological insulators with anticommuting mirror and chiral symmetries
Indiana University（印第安纳大学）；Department of Physics, Indiana University（印第安纳大学物理系）；Quantum Science and Engineering Center, Indiana University（印第安纳大学量子科学与工程中心）
研究具有反对易镜面和手性对称性的高阶拓扑绝缘体，利用BDI类模型，发现打破特定镜面对称性可致边缘选择性体边对应，还定义新拓扑不变量区分此机制与非拓扑边缘选择效应。
2026-07-14 cond-mat.mes-hall
Higher-order topological superconductors based on weak topological insulators
高阶拓扑相在边界的边界处具有鲁棒的边界态，这可以从它们的边界拓扑来解释。在这项工作中，考虑到超导体和磁场之间的相互作用，间隙的三维弱拓扑绝缘体的表面状态，我们表明，二阶拓扑超导体（TSC）具有螺旋或手征马约拉纳铰链模式和三阶TSC具有马约拉纳角模式可以实现。值得注意的是，我们模型中的高阶TSC可以归因于它们的某些边界、表面或铰链，它们自然地表现为DIII或D对称类中的一阶TSC。相应地，这些高阶TSC可以通过边界一阶拓扑不变量来表征，例如表面TSC的表面陈数或表面$Z_2$拓扑不变量。我们的模型可以有效地捕捉到铁基超导体的拓扑结构与所需的反向能带结构和超导配对。
2021-03-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Quantum criticality of quasi one-dimensional topological Anderson insulators
我们提出了一个准一维拓扑安德森绝缘体的AIII类和BDI的量子临界性的分析理论。我们描述的系统中的两个参数$(g,χ)$代表本地化和拓扑性质，分别。半整数值$χ$的表面定义不同拓扑扇区之间的相位边界。随着系统尺寸的增大，这两个参数表现出类似于描述A类量子霍尔绝缘体的著名的两参数流的流动。然而，与量子霍尔系统不同的是，可以给出整个相图的精确解析描述。我们检查我们的理论的定量有效性，通过比较数值传递矩阵计算。
2014-02-07 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall
Quantum Anomalous Hall Effect of Magnetic Topological Insulator Thin Films by Phase Boundary Engineering
在考虑磁拓扑绝缘体（TI）自旋耦合的情况下，将TI薄膜的拓扑相图推广到包含面外（OP）和面内（IP）交换场的扩展参数空间中.结果表明，激电场可使相界发生变形，并普遍诱发量子反常霍尔效应。对于对称自旋耦合，极弱的OP和IP交换场通过用栅极偏置调谐SIA来创建QAH状态。对于反对称耦合，没有足够强的IP场，QAH相不存在。这些研究结果表明，在薄膜制度，工程相边界是一个关键的过程，有效地实现和操纵QAH效应的非耗散电子应用。
2015-09-02 cond-mat.mes-hall
Appearance of hinge states in second-order topological insulators via the cutting procedure
近年来，二阶拓扑绝缘体作为一类新的拓扑绝缘体被提出。二阶拓扑绝缘体是一种具有带隙结构的材料，但在两个表面的相交处具有拓扑保护的无隙状态。这些无间隙状态被称为铰链状态。本文给出了当$\mathbb{Z}_{4}$拓扑指数$μ_{1}$为$μ_{1}=2$时，任何具有反演对称性和带隙面的A类绝缘体都具有铰链态的一般性证明.我们考虑一个三维绝缘体，其边界条件沿两个方向的变化，通过改变跨越边界的跳跃幅度。通过沿两个方向连续改变边界条件，研究了无带隙态的行为，揭示了无带隙态的行为是由$\mathbb{Z}_{4}$强拓扑指数决定的.从这个讨论中，我们表明，无隙态不可避免地出现在铰链的三维绝缘体与带隙表面的强拓扑指数为$\mathbb{Z}_{4}=2$和弱拓扑指数为$ν_{1}=ν_{2}=ν_{3}=0$。
2020-03-30 cond-mat.mes-hall
Topological invariant in three-dimensional band insulators with disorder
三维拓扑绝缘体具有一个Z ~ 2值拓扑不变量，它由一个强指数和三个弱指数组成.在无序的情况下，只有强指数存在。本文将三维无序系统看作无限周期系统的超胞，研究其拓扑不变量。作为该方法的一个应用，我们证明了当引入足够强的无序到具有自旋轨道耦合的平凡绝缘体中时，强指数变得非平凡，实现了强拓扑Anderson绝缘体。我们还数值提取的间隙范围，并确定这个拓扑相的相边界，其中？结果表明，该方法与自洽玻恩近似（SCBA）和输运计算结果吻合较好。
2010-09-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
