Double Dirac Point Semimetal in Two-Dimensional Material: Ta2Se3
本文通过第一性原理计算报道了一种新的稳定的二维Dirac材料Ta_2Se_3单分子层。对于该体系，存在稳定的层状体相，并且剥离应该是可能的。Ta2Se3单层被证明支持两个狄拉克点接近费米能级，实现异国情调的二维双狄拉克半金属。与二维单狄拉克和二维节点线半金属一样，自旋轨道耦合可以在这类新的二维狄拉克半金属中引入绝缘态。此外，在这个系统中的狄拉克功能是层依赖性和金属到绝缘体的过渡被确定在Ta2Se3时，减少层厚度从双层到单层。这些发现是根本利益和纳米器件应用的重要性。
2017-03-20 cond-mat.mtrl-sci
Strain Tunable Semimetal-Topological-Insulator Transition in Monolayer 1T'-WTe2
量子自旋霍尔绝缘体（QSHI）表现为其导电边缘通道，起源于绝缘体态的非平凡拓扑结构。单层1 T '-WTe 2在输运测量中表现出这种量化的边缘电导，但由于其半金属性质，相干长度被限制在100 nm左右。为了克服这种限制，我们提出了一种应变工程技术来调整电子结构，其中沿a轴的压缩应变或沿b轴的拉伸应变可以驱动1 T '-WTe 2进入全间隙绝缘相。分子束外延和原位扫描隧道显微镜/光谱的联合研究，然后证实了这样的相变。同时，拓扑边缘状态被发现是非常强大的应变的存在。
2020-09-24 cond-mat.mtrl-sci
Topological semimetal phases in a family of monolayer X3YZ6 (X=Nb,Ta, Y=Si,Ge,Sn, Z=S,Se,Te) with abundant nodal lines and nodes
用第一性原理计算研究了单层X_3YZ_6（X=Nb，Ta，Y=Si，Ge，Sn，Z=S，Se，Te）材料的电子和拓扑性质.这类材料属于拓扑半金属，具有丰富的节线和节点。考虑到Ta3SnTe 6和Ta3SiSe 6的性质相似，本文重点分析了它们的性质。自旋轨道耦合的存在导致了第一类节线向狄拉克点的转变以及第二类狄拉克点的消失。三维（3D）能带图生动地再现了节点和节线的特征。在（110）边态中出现的平带进一步证实了它们的非平凡拓扑性质。我们还探讨了不同节线（节点）、晶体对称性和SOC之间的关系。在没有SOC的情况下，I型节线受到Mz和My对称性的保护。即使在存在SOC的情况下，对称性破缺也会导致能带分裂。单层X3YZ 6可以作为二维TM的候选者，为进一步研究有趣的物理现象提供平台。
2022-03-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Robust Dual Topological Character with Spin-Valley Polarization in a Monolayer of the Dirac Semimetal Na$_3$Bi
具有绝缘相和半金属相的拓扑材料可以通过晶体（例如镜像）对称来保护。拓扑晶体绝缘体（Topological CrystalInsulator，TCI）是三维材料中的一种绝缘相。然而，预测的二维（2D）材料与TCI相的探索远远少于3D TCI和2D拓扑绝缘体，而到目前为止，所考虑的2D TCI几乎完全具有镜像陈数$\mathcal C_{M} =-2$的正方形晶格结构。在这里，我们从理论上预测，六角单层狄拉克半金属钠$_3$ Bi是一个二维TCI与镜像陈数$\mathcal C_{M} =-1$。0.31 eV的大非平凡间隙是可调的，并且可以通过应变工程变得更大，而拓扑相位对应变是鲁棒的，这表明量子化电导的室温观察的可能性很高。此外，还得到了一个非零的自旋Chern数$\mathcal C_{S} =-1$，表明二维拓扑绝缘体与二维TCI共存，即具有对偶拓扑性质.值得注意的是，由于晶体反转对称性的破坏，在Na $_3$ Bi单层中揭示了自旋谷极化。通过对应对称破缺下的异常边缘态行为，进一步明确地证实了其对偶拓扑性质。
2017-01-25 cond-mat.mtrl-sci
New Nanoporous Graphyne Monolayer as Nodal Line Semimetal: Double Dirac Points with an Ultrahigh Fermi Velocity
二维碳材料在纳米材料中占有重要地位。我们提出了一种新的碳单分子层，命名为六方-4，4，4-石墨炔（H4，4，4-graphyne），它是由矩形碳环和碳三键组成的纳米多孔结构。利用第一性原理计算，我们系统地研究了这种新材料的结构、稳定性和能带结构。我们发现它的能量比一些实验碳材料的能量低得多，并且至少在1500 K以下是稳定的。与其他二维碳单分子膜的单Dirac点能带结构不同，H4，4，4-石墨炔的能带结构沿高对称点呈现双Dirac点，对应的费米速度（1.04~1.27 * 106 m/s）不对称，且高于石墨烯。这些双狄拉克点的起源可以追溯到节线态，这可以很好地解释了紧束缚模型。当H4，4，4-石墨炔被放置在BN衬底的顶部时形成莫尔超结构，同时保持双狄拉克点。这些性质使得H4，4，4-石墨炔成为一种有前途的半金属材料，用于高速电子器件。
2018-03-18 cond-mat.mtrl-sci
Structural Semiconductor-to-Semimetal Phase Transition in Two-Dimensional Materials Induced by Electrostatic Gating
通过原子结构变化动态控制电导率和光学性质在信息存储中具有巨大的技术重要性。能量消耗的考虑提供了在装置中采用薄材料的驱动力。单层过渡金属二硫属化物是几乎原子级薄的材料，其可以以多种晶体结构存在，每种晶体结构具有不同的电学性质。使用密度泛函方法，我们发现，静电门控器件配置有可能驱动结构的半导体到半金属相变在一些单层过渡金属dichalcogenides。这是第一次，我们表明，这种相变的动态控制可以实现精心设计的电子器件。我们发现，在单层MoTe 2的半导体到半金属相变可以驱动的栅极电压的几个伏特与适当的选择的电介质。在单层TaSe 2的结构转变预测发生在类似的条件下。虽然这两种材料所需的场的大小是大的，我们发现，可以通过合金化，例如MoxW 1-xTe 2单层的过渡的栅极电压任意降低。我们已经开发了一种方法计算单层材料的相图相对于电荷和电压，通过比较直接计算和实验测量验证。我们的研究结果确定了一种新的物理机制，不存在于散装材料，动态控制结构相变在二维材料，使相变电子器件的潜在应用。
2016-01-15 cond-mat.mtrl-sci
Monolayer RhB4: half-auxeticity and almost ideal spin-orbit Dirac point semimetal
结构-性能关系是材料结构与性能之间的联系，是材料研究的核心。特别是在降维的情况下，新的结构基序往往会产生独特的物理性质.最近的工作报道了一种新的半拉胀效应在单层PdB 4与超配位结构的启发，在这里，我们广泛探索类似的二维过渡金属硼化物结构MB 4与M覆盖3d和4d元素.我们的调查筛选出一个稳定的候选人，单层RhB 4.我们发现单层RhB 4也显示出半膨胀性，即，该材料总是在一个横向的面内方向上扩展，以响应在另一个方向上施加的应变，无论应变是正的还是负的。我们表明，这种特殊的机械特性是密切相关的超配位结构与M \c{opyright} B8结构基序。此外，在电子性质方面，单层RhB 4是第一个几乎理想的二维自旋轨道Dirac点半金属的例子，其低能能带结构是干净的，在自旋轨道耦合下，一对四重简并的Dirac点位于费米能级附近.这些狄拉克点是由非对称空间群对称性，这也是由晶格结构决定的。我们的工作加深了对降维结构-性质关系的基本理解。半拉胀性和自旋轨道狄拉克点将使单层RhB 4成为纳米力学和纳米电子学应用的一个有前途的平台。
2021-12-08 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Semimetal Contacts to Monolayer Semiconductor: Weak Metalization as an Effective Mechanism to Schottky Barrier Lowering
本文通过第一性原理计算系统研究了 Bi 和 Sb 与六种单层 TMDC 半导体的接触特性，揭示弱金属化诱导的 MIGS 可有效降低 n 型肖特基势垒，并提出修正的 Schottky-Mott 规则，为二维半导体器件电极选择提供理论依据。
2022-12-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Two-dimensional half Chern-Weyl semimetal with multiple screw axes
近年来，物质的半拓扑态和二维磁性得到了广泛的关注。在本文中，我们提出了一种特殊的拓扑半金属相称为二维半陈-外尔半金属（HCWS），这是一个二维磁性外尔半金属绑定到半陈绝缘体相的对称性，和两相可以相互转换，通过操纵磁化方向。我们提供的对称性条件，实现这种状态在2D系统中的多个螺旋轴。紧束缚模型与多个基础和预测的2D材料，单层TiTe，作为HCWS的具体例子。结果表明，TiTe单层膜具有较高的铁磁居里温度（~966 K）和库仑相关增强的自旋轨道耦合（SOC），并进一步证实了相关增强的SOC对磁晶各向异性能和能隙开放的影响.我们的工作揭示了一种具有可切换和自旋分辨的半体电荷电流以及半边界电荷电流的状态，并将为新型和高性能的拓扑自旋电子学器件提供平台。
2022-09-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Material realization of spinless, covalent-type Dirac semimetals in three dimensions
The University of Tokyo（东京大学）；RIKEN Center for Emergent Matter Science (CEMS)（理化学研究所 新兴物质科学中心）
针对三维石墨烯类似物实现的难题，研究制备出共价键稳定的共价型三维Dirac半金属$R_8$Co$X_3$，其多晶样品Dirac费米子载流子迁移率达3000$\\,\mathrm{cm^2/Vs}$，为三维Dirac电子研究提供了高化学可调性的材料平台。
2025-07-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spectroscopic Evidence on Realization of a Genuine Topological Nodal Line Semimetal in LaSbTe
节线半金属由于其独特的拓扑电子结构和奇异的物理性质而受到人们的广泛关注。一个真正的节线半金属是合格的狄拉克节点的存在沿着一条线在动量空间中，保护免受自旋轨道耦合。此外，它要求狄拉克点位于费米能级附近，允许支配宏观物理性质。虽然在许多化合物中已经从理论上预测了节线半金属的材料实现，但只有少数化合物得到了实验验证，并且真正的节线半金属的实现特别罕见。在这里，我们报告实现一个真正的节线半金属在LaSbTe。通过能带结构计算和角分辨光电子能谱（ARPES）测量研究了LaSbTe的电子结构。在考虑自旋轨道耦合的情况下，我们的能带结构计算预测在布里渊区的边界面上会形成一个结线，该结线是坚固的，并且靠近费米能级。在我们的ARPES测量中直接观察到了沿动量空间X-R线的狄拉克节点，这些狄拉克节点的能量都接近费米能级。这些结果构成了明确的证据，LaSbTe是一个真正的节线半金属，提供了一个新的平台，探索新的现象和可能的应用与节线半金属。
2021-02-26 cond-mat.mtrl-sci
Multiple Dirac Cones and Topological Magnetism in Honeycomb-Monolayer Transition Metal Trichalcogenides
单层石墨烯的发现开创了现代凝聚态物理的两个丰富领域：狄拉克半金属和原子级薄层材料。当这些趋势在具有自旋和轨道自由度以及强电子相关性的过渡金属化合物中再次相遇时，预计在物质拓扑态和莫特物理学的截面中会出现更多奇特的现象。在这里，我们表明，通过使用从头计算，单层形式的过渡金属trichalcogenides（TMTs），它具有蜂窝网络的过渡金属阳离子，可以表现出多个狄拉克锥与可调间隙的电子结构。此外，我们阐明了电子关联和载流子掺杂使多狄拉克半金属成为具有高陈数的拓扑铁磁体。我们的研究结果提出了蜂窝单层TMT的一个新的范式，探索相关的狄拉克电子和拓扑非平凡的磁性。反过来，这些材料独特的广泛特性将为原子级薄异质结构提供新的构建模块。
2018-05-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Realization of nodal ring semimetal in pressurized black phosphorus
通过磁输运测量和理论计算，证明加压黑磷是理想的节环半金属，其节环可调且孤立，并揭示大磁阻源于各向异性弛豫时间。
2024-04-16 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Observation of linearly dispersive edge modes in a magnetic Weyl semimetal Co3Sn2S2
陈氏绝缘体的物理实现具有重要的意义和实用价值，因为它们被预测具有量子反常霍尔效应（QAHE）和拓扑保护的手性边缘态，可以携带无耗散电流。然而，QAHE状态的实现具有挑战性，因为需要复杂的异质结构和亚开尔文温度。时间反演对称性破缺Weyl半金属，本质上是一堆具有层间耦合的Chern绝缘体，可以为更高温度下实现鲁棒QAHE边缘态提供一个新的平台。在这项工作中，我们提出了一个新发现的磁性Weyl半金属，Co 3Sn 2S 2相结合的扫描隧道光谱和理论研究。通过建模和数值模拟，我们发现手征边缘态可以局域化在Weyl半金属表面部分暴露的Kagome平面上。相应地，我们的STM的dI/dV地图上窄kagome Co 3Sn梯田显示线性分散的量子阱状的状态，这可以归因于杂化的手征边缘模式。我们的实验和理论结果为研究时反破缺Weyl半金属的手征边缘模提供了一个新的范例。更重要的是，这项工作为实现更高温度的QAHE提供了一条可行的路线。
2021-04-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Realization of Room-Temperature Phonon-limited Carrier Transport in Monolayer MoS2 by Dielectric and Carrier Screening
我们发现，通过结合高k介质衬底和高密度的载流子，库仑杂质可以有效地屏蔽，导致前所未有的室温迁移率约150 cm 2/Vs的单层二硫化钼。高质量的样品使我们能够定量提取受库仑杂质、本征和表面光学声子限制的迁移率分量，并研究它们随温度、载流子密度和介电常数的变化。我们的理论分析和实验数据之间的良好的协议明确表明，室温声子限制的传输实现在单层二硫化钼，这是电子器件应用的必要因素。
2015-10-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Nodal surface semimetals: Theory and material realization
本文从理论上研究了具有晶体对称性保护的节面的三维拓扑半金属。与人们熟知的点半金属和线半金属不同，在这些材料中，导带和价带在布里渊区的封闭节面上交叉。我们提出了不同类别的节面，无论是在存在和不存在的自旋轨道耦合（SOC）。在没有SOC的情况下，一类节点表面可以通过时空反演对称性和亚晶格对称性来保护，并通过$\mathbb{Z}_2$指数来表征，而另一类节点表面则通过非对称的二重螺旋旋转对称性和时间反演对称性的组合来保证。我们表明，SOC的包含将破坏前一类节点表面，但如果反转对称性被破坏，则可以保留后者。我们进一步推广的结果，磁有序系统，并表明，保护节点表面也可以存在于磁性材料中没有和SOC，给定一定的磁群对称性要求得到满足。通过第一性原理计算，对几个具体的金属表面材料实例进行了预测。讨论了多节面材料的可能性。
2018-03-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Experimental Realization of a Three-Dimensional Dirac Semimetal
三维狄拉克半金属是一种新的物质电子态，已被理论预言。它可以被视为石墨烯的3D推广，具有独特的电子结构，其中传导和价带能量仅在动量空间中的孤立点（即3D狄拉克点）彼此接触，因此它不能被分类为金属或半导体。与石墨烯相反，这种半金属的狄拉克点不受自旋-轨道相互作用的影响，并且线性色散的交叉受到晶体对称性的保护。结合破缺的时间反转或反转对称性，3D狄拉克点可以导致各种具有独特物理性质的拓扑非平凡相。然而，到目前为止，它们在真正的固体中没有被发现。在这里，我们报告的角度分辨光电子能谱（ARPES）的直接观察，这样一个外来的电子结构在砷化镉（Cd 3As 2）。我们确定了两个动量区域的电子状态，强烈分散在各个方向形成狭窄的锥形结构，从而证明了长期寻求的三维狄拉克点的存在。这种电子结构自然解释了为什么Cd 3As 2具有已知最高的体电子迁移率之一。在Cd 3As 2中实现3D狄拉克半金属不仅为广泛的应用开辟了直接途径，而且还为工程拓扑非平凡相提供了一个强大的平台，包括Weyl半金属和量子自旋霍尔系统。
2013-09-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Band-gap engineering, magnetic behavior and Dirac-semimetal character in the MoSi2N4 nanoribbon with armchair and zigzag edges
受最近成功形成MoSi2N4单层的启发[Hong等人，Sci. 369，670（2020）]首次研究了MoSi2N4纳米带（NR）的结构、电子和磁性。能带结构的计算表明，在锯齿形边缘和扶手椅边缘的非磁性半导体字符的自旋极化。对于扶手椅边缘，我们确定了一个间接的直接带隙位移相比，MoSi2N4单层，其能隙随着NR宽度的增加而增加。通过能带结构计算观察到各向异性的电磁行为在锯齿形和扶手椅边缘，其中，令人惊讶的是，对于一种类型的锯齿形边缘配置，我们确定一个Dirac半金属字符。MoSi_2N_4薄带中磁性和Dirac半金属的出现可以产生新的物理性质，这可能在下一代电子器件的应用中是有用的。
2021-05-21 cond-mat.mtrl-sci
Mirror Protected Multiple Nodal Line Semimetals and Material Realization
传统的k.p方法不能捕捉到三维布里渊区中许多对称性丰富的多节线结构的完整和本质的物理过程。本文提出了一种新的、系统的方法，在不考虑自旋轨道相互作用的情况下，构造了镜像对称保护的三维多节线半金属的有效晶格模型。对于给定的一对正交节环系统，我们得到了所有的有效格点模型和十一个不等价节线费米面及其相关的约束条件。通过第一性原理计算，我们首次提出了一个支持这类新型费米面的实际材料族-β相三元氮化物X_2GeN_2（X = Ca; Sr; Ba）。因此，我们的工作加深了对节线结构的理解，促进了拓扑节线半金属的实验进展。
2018-04-19 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
Quadratic contact point semimetal: Theory and material realization
大多数金属的电子性质仅由费米能级附近的低能态决定，对于拓扑金属/半金属，这些低能态由于其不寻常的能量色散和涌现的赝自旋自由度而变得独特。在这里，我们提出了一类材料，被称为二次接触点（QCP）半金属。在这些材料中，导带和价带在布里渊区中的孤立点处接触，在布里渊区周围，带色散沿所有三个方向是二次的。我们表明，在没有/存在的自旋-轨道耦合，可能存在三重/四重简并QCP的晶体对称性的保护。我们构建了有效的模型来描述这些QCP附近的低能费米子。在强磁场作用下，与通常的三维电子气不同，朗道谱出现了非常规的特征。QCP半金属相与各种拓扑相相邻。例如，通过塞曼场或晶格应变打破对称性，它可以转化为具有外尔点和双外尔点的外尔半金属、Z2拓扑绝缘体/金属或狄拉克半金属。通过第一性原理计算，我们确定了现实的材料Cu 2Se和RhAs 3作为QCP半金属的候选者。
2018-09-20 cond-mat.mtrl-sci
Towards Weyltronics: Realization of epitaxial NbP and TaP Weyl Semimetal thin films
外尔半金属（Weyl Semimetals，WSMs）是最近发现的一种拓扑态物质，其电子结构受线性带色散和简并（Weyl）点的控制，导致了丰富的物理现象，这些物理现象在薄膜器件中尚待开发。虽然WSM在几年前建立在铌酸盐化合物家族中，但薄膜的生长仍然是一个挑战。在这里，我们报告的NbP和TaP的外延薄膜的生长通过分子束外延。单晶薄膜生长在MgO（001）衬底上使用薄的Nb（Ta）缓冲层，并被发现是拉伸应变（1%）和轻微的P-丰富的化学计量相对于散装晶体。所得电子结构表现出P-终止表面和线性色散带的拓扑表面状态特征，与计算的能带结构一致，费米能级相对于Weyl点的位移为-0.2 eV。因此，电子输运由空穴和电子主导，室温下载流子迁移率接近10^3 cm 2/Vs。外延薄膜的生长开辟了应变和受控掺杂的使用，以按需访问和调整Weyl Semimetals的电子结构，为合理设计和制造受拓扑结构支配的电子器件铺平了道路。
2019-09-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Comment on A Dirac-semimetal two-dimensional BeN4: Thickness-dependent electronic and optical properties [Appl. Phys. Lett. 118, 203103 (2021)]
最近，Bykov及其同事报道了BeN 4层状结构的成功合成。在实验报告之后，Bafekry和同事发表了他们关于BeN 4单层的稳定性，电子，光学和弹性常数的第一原理结果。在上述工作中，作者提出了许多错误的主张，并报告了错误的结果。
2021-09-02 cond-mat.mtrl-sci
Electrical Contact between an Ultrathin Topological Dirac Semimetal and a Two-Dimensional Material
拓扑狄拉克半金属Na $_3$ Bi超薄膜是一种具有场可调拓扑相的电子材料。在这里，我们调查的电子和传输特性的Na 2SO 4 $_3$ Bi作为电接触的二维（2D）金属，即石墨烯，和2D半导体，即MoS $_2$和WS $_2$单层。结合第一性原理密度泛函理论和非平衡格林函数模拟，我们发现Na $_3$ Bi双层薄膜和石墨烯之间的电耦合导致了显著的层间电荷转移，从而在Na $_3$ Bi/石墨烯异质结构中诱导了相当大的$n$型掺杂.在MoS $_2$和WS $_2$单层的情况下，横向肖特基传输势垒显著低于许多通常研究的体金属，从而揭示了Na $_3$ Bi双层作为2D半导体的高效电接触材料。这些发现为利用拓扑半金属薄膜作为二维材料的电接触开辟了一条途径，并将二维异质结器件家族进一步扩展到拓扑材料领域。
2020-05-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Evidence for Two-dimensional Weyl Fermions in Air-Stable Monolayer PtTe$_{1.75}$
本研究通过多种实验表征与第一性原理计算，在空气稳定的单层PtTe₁.₇₅中实现了二维Weyl费米子，发现其由Rashba劈裂和能带反转产生三对Weyl锥，为新型自旋电子器件研发提供了新方向。
2024-12-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Hybrid Weyl Semimetal
我们构造了一个紧束缚模型，实现了一对Weyl节点和三个不同的Weyl半金属。在I型（II型）外尔半金属中，两个节点都属于I型（II型）外尔节点。此外，存在一种新的类型，被称为“混合外尔半金属”，其中一个外尔节点是I型，而另一个是II型。对于杂化Weyl半金属，我们进一步证明了体费米面和拓扑保护的表面态，分析了独特的Landau能级结构和量子振荡，并讨论了材料实现。
2016-07-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Realization of room-temperature ferromagnetic semiconducting state in graphene monolayer
室温铁磁半导体在非易失性数字电路中具有重要的应用价值，它可以提供一个理想的系统，使我们可以同时利用电子的电荷和自旋。然而，寻找室温铁磁半导体至今仍只是一个诱人的想法，从未在实践中实现。在这里，我们证明了石墨烯单层，与下面的Ni（111）衬底杂交，是室温铁磁半导体，已经持续了几十年的研究。我们的自旋极化扫描隧道显微镜（STM）的实验，辅以第一性原理计算，明确表明，石墨烯和镍衬底之间的相互作用产生了一个大的间隙在石墨烯，同时导致相对移动之间的多数和少数自旋带。因此，Ni衬底上的石墨烯片即使在室温下也表现出具有几十meV能量的自旋极化带隙。这一结果使室温铁磁半导体的科学和应用成为可能，并为基于石墨烯的新型信息技术带来了希望。
2017-11-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Realization of a Type-II Nodal-Line Semimetal in Mg$_3$Bi$_2$
节线半金属（NLS）是超越Weyl和Dirac半金属的一种新型拓扑半金属，它们在布里渊区具有带简并的闭合环或开放曲线。与I型和II型外尔半金属的分类平行，有两种类型的NLS。传统的NLS相，其中形成节线的两个带沿垂直于节线的任何方向的斜率具有相反的符号，已被提出并在许多化合物中实现，而外来的II型NLS是非常罕见的。我们的第一性原理计算表明，Mg $_3$ Bi $_2$是一种候选材料，其围绕$Γ$具有单个II型节环。带交叉接近费米能级，并且两个交叉带沿环的径向方向的斜率具有相同的符号，表明节线的II型性质。自旋-轨道耦合在节点处仅产生小的能隙（$\sim$ 35 meV），并且不否定产生II型节线的Mg $_3$ Bi $_2$的能带色散。基于这一预测，我们已经合成了Mg $_3$ Bi $_2$单晶，并证实了材料中存在II型节线。我们的角分辨光电子能谱（ARPES）测量结果与我们的第一原理结果一致，从而建立Mg $_3$ Bi $_2$作为一个理想的材料平台，用于研究第二类节线半金属的奇异性质。
2017-11-24 cond-mat.mtrl-sci
Possible Experimental Realization of a Basic Z2 Topological Semimetal
我们报告的实验和理论证据表明，GaGeTe是一个基本的$Z_2$拓扑半金属与三种类型的载流子：体起源的电子和空穴以及表面态电子。这种电子的情况是定性类似的引物3D拓扑绝缘体Bi 2 Se 3，但重要的差异占一个前所未有的运输方案GaGeTe。高分辨率角分辨光电子能谱结合先进的能带结构计算显示一个小的间接能隙所造成的一个特殊的带反转在\textit{T}点的布里渊区GaGeTe。价带和导带的能量重叠将电子和空穴类载流子带到费米能级，而相应的色散之间的动量间隙保持有限。我们认为，GaGeTe的电子光谱的特殊性，拓扑物质的物理学具有根本的重要性，并可能提高材料的应用潜力。
2018-12-04 cond-mat.mtrl-sci
Prediction of Extraordinary Magnetoresistance in Janus Monolayer MoTeB2
基于第一性原理计算，我们研究了二维Janus MoTeB 2的几何构型、稳定性和电子结构. MoTeB_2单层膜是半金属的，其吸引电子结构显示出完美的电子-空穴补偿。此外，MoTeB 2单层膜的电子型和空穴型能带容易通过外加应变和电荷掺杂进行调节，如电荷掺杂实现载流子极性的转换，拉伸应变下的金属-半导体转变等。这些性质使得MoTeB_2单分子膜在磁场中具有非常大的磁电阻效应，是一种可控的二维材料。
2018-08-10 cond-mat.mtrl-sci
Magnetize Topological Surface States of Bi2Se3 with a CrI3 Monolayer
如何在不破坏拓扑绝缘体拓扑结构的前提下磁化其表面是实现量子反常霍尔效应（QAHE）的关键一步，也是一个具有挑战性的课题。通过密度泛函计算，我们发现，吸附的二维范德华（2D-vdW）铁磁绝缘体CrI 3单层可以创建一个相当大的自旋分裂在狄拉克点的拓扑表面状态的Bi 2Se 3膜。通过模型分析，建立了不同量子参数和拓扑参数之间的一般关系。这一工作为在2D-vdW磁性单层和拓扑绝缘体异质结构中实现高温QAHE提供了有益的指导。
2018-08-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tunable Topological Energy Bands in 2D Dialkali-Metal Monoxides
具有非平凡能带的2D材料对于探索物质的各种拓扑相是非常理想的，因为低维度为操纵量子态打开了前所未有的机会。在这里，据报道，单层（ML）的二碱金属一氧化物，在众所周知的2 H-MoS $_2$型晶格，主机多个安全保护的拓扑相位与涌现的费米子，可以有效地调整应变工程。基于第一性原理计算，发现在平衡态下，ML Na $_2$ O是二维双Weyl半金属，而ML K $_2$ O是二维赝自旋1金属.这些奇异的拓扑态表现出一系列迷人的效应，包括普适光吸收、超克莱因隧穿和超准直效应。通过引入双轴或单轴应变，可以实现二维双Weyl半金属、二维Dirac半金属、二维赝自旋1金属和半导体相之间的一系列量子相变。结果表明，单层二碱金属一氧化物作为一个有前途的平台，探索迷人的物理现象与新的二维涌现费米子。
2020-01-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Realization of Quantum Spin Hall State in Monolayer 1T'-WTe2
量子自旋霍尔（QSH）绝缘体是一种新型的二维量子态物质，在没有磁场的情况下具有量子化的霍尔电导，这是由于拓扑保护的无耗散边缘态桥接了由带反转和强自旋轨道耦合打开的能隙。通过使用角分辨光电子能谱（ARPES）和第一性原理计算研究外延生长的单层1 T '-WTe 2的电子结构，我们观察到清晰的拓扑带反转和带隙开放的特征，这是QSH态的标志。扫描隧道显微镜测量进一步证实了正确的晶体结构和体带隙的存在，并提供了证据的修改后的电子结构附近的边缘，这是一致的预期QSH绝缘体。我们的研究结果建立了单层1 T '-WTe 2作为一个强大的二维过渡金属二硫属化物（TMDC）材料家族中的一个新的类QSH绝缘体具有大的带隙。
2017-03-09 cond-mat.mes-hall 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
Crossover from 2D metal to 3D Dirac semimetal in metallic PtTe2 films with local Rashba effect
自从在块状晶体中发现第二类狄拉克费米子以来，具有三角结构的PtTe 2和PtSe 2引起了广泛的研究兴趣。从三维拓扑半金属到二维原子薄膜的电子结构演化是一个重要的科学问题。虽然已经报道了PtSe 2从体材料中的3D II型狄拉克半金属到单层（ML）膜中的2D半导体的转变，但到目前为止，原子级薄PtTe 2膜的电子结构的演变仍然未被探索。在这里，我们报告了一个系统的角度分辨光电子能谱（ARPES）的电子结构的高品质PtTe 2薄膜的分子束外延生长的厚度从2 ML至6 ML的研究。ARPES测量表明，PtTe 2膜仍然保持金属，甚至下降到2 ML的厚度，这是在形成鲜明对比的几层PtSe 2膜的半导体性质。此外，从二维金属到三维II型狄拉克半金属的过渡发生在4-6 ML的膜厚度。此外，Spin-ARPES测量揭示了螺旋自旋织构诱导的局部Rashba效应在体PtTe 2晶体，这表明类似的隐藏自旋也预计在一些单层PtTe 2薄膜。我们的工作揭示了从二维金属到三维拓扑半金属的转变，并为研究具有局部Rashba效应的金属二维薄膜提供了新的机会。
2019-06-14 cond-mat.mtrl-sci
Disorder-induced exceptional and hybrid rings in Weyl/Dirac semimetals
Weyl Hamilton的非厄米性导致了Weyl例外环和Weyl例外环内部的平坦带的实现。近年来，非厄米物理的研究平台扩展到了准粒子具有有限寿命的多体或无序系统。在这里，我们澄清，偏离幺正极限在无序Weyl半金属导致的Weyl例外环的产生，无论散射势的细节。在拓扑狄拉克半金属的情况下，实现了混合环和平坦带的复能量本征值的无涡性。这种情况适用于任何外尔或狄拉克半金属。这些效应可以通过光电发射或准粒子干涉实验检测到。
2019-12-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Negative longitudinal magnetoconductance at weak fields in Weyl semimetals
外尔半金属是提供手征反常的凝聚态实现的拓扑材料。正的纵向磁导在磁场中的二次曲线被认为是这种异常的一种诊断。通过解析求解玻尔兹曼方程，我们表明，在实验相关的半经典制度的弱磁场的磁导可以成为负的。这种效应是由于载流子的Berry相和轨道磁矩的同时存在，并且在足够强的谷间散射下发生。
2020-05-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Double Dirac Semimetals in Three Dimensions
研究了一类具有八重退化双Dirac点的Dirac半金属。我们发现，230个空间群中有7个可以容纳这样的狄拉克点，并认为它们一般都显示线性色散。我们介绍了一个明确的紧束缚模型的空间群130和135，表明135可以托管一个内在的双狄拉克半金属-一个没有额外的简并在费米能量。我们认为，单轴压缩应变在不同的方向上导致拓扑不同的绝缘相的微扰降低。此外，双狄拉克半金属可以容纳约束螺旋模式的拓扑线缺陷。潜在的材料实现进行了讨论。
2015-11-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Hourglass Weyl loops in two dimensions: Theory and material realization in monolayer GaTeI family
二维（2D）系统中的节点环通常易受自旋轨道耦合（SOC）的影响。在这里，我们探讨了2D系统的一种类型的双退化的节点回路，是强大的SOC下，并具有沙漏型分散。我们提出了实现这种沙漏外尔环，其中涉及非对称晶格对称性的对称性条件。根据对称性，环可以在布里渊区中呈现不同的图案。基于第一性原理计算，我们确定单层GaTeI族材料作为一个现实的材料平台，实现这样的循环。这些材料具有围绕高对称点的单个沙漏外尔环。有趣的是，还有一个额外的螺旋轴使自旋轨道狄拉克点。我们表明，沙漏外尔环和狄拉克点是强大的各种应用应变下。通过破坏螺旋轴，狄拉克点可以转化为第二个外尔环。此外，通过打破滑动镜，沙漏外尔环和自旋轨道狄拉克点都可以转化为一对自旋轨道外尔点。我们的工作提供了指导和现实的材料候选人探索迷人的物理几种新颖的二维涌现费米子。
2019-05-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Realization of a two-dimensional checkerboard lattice in monolayer Cu$_2$N
本研究通过理论预测与实验验证，在 N/Cu(100) 和 N/Cu(111) 体系中实现单层 Cu$_2$N 的二维棋盘晶格，并证实其费米能级附近的空穴口袋及良好稳定性。
2023-06-09 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Nanopore-patterned CuSe drives the realization of PbSe-CuSe lateral heterostructure
针对传统衬底上单层PbSe因界面应变难以观测拓扑晶体绝缘体特征的问题，提出基于分子束外延的两步法，以纳米孔图案化CuSe为模板在Cu(111)衬底上制备出具有原子级锐利界面、带隙1.8eV的单层PbSe-CuSe横向异质结，为拓扑量子物理研究提供了新的材料平台。
2023-08-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Experimental discovery of Weyl semimetal TaAs
外尔半金属是一类可以被视为石墨烯破坏时间反转或反转对称的三维类似物的材料。外尔半金属中的电子表现为外尔费米子，它具有许多奇异的性质，如手征反常和晶体动量空间中的磁单极。外尔半金属的表面态在两个相对的表面上显示出一对纠缠的费米弧。然而，外尔半金属的存在尚未得到实验证明。在这里，我们报告的实验实现的Weyl半金属TaAs通过观察费米弧形成的表面状态，使用角分辨光电子能谱。我们的第一性原理计算，匹配非常好的实验结果，进一步证实了TaAs是外尔半金属。
2015-08-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ferromagnetism with in-plane magnetization, Dirac spin-gapless semiconducting property, and tunable topological states in two-dimensional rare-earth-metal dinitrides
随着层状结构MoN 2/ReN 2单晶体的成功合成，过渡金属二氮化物材料近年来受到了广泛的关注。在这里，我们专注于稀土金属（Rem）元素，并提出了7个稳定的Rem二氮化物单分子膜与1 T结构，即1 T-RemN 2。这些单层具有铁磁基态，具有面内磁化。在没有自旋轨道耦合（SOC）效应的情况下，能带结构是自旋极化的，狄拉克点位于费米能级。值得注意的是，1 T-LuN 2单层在xy平面中显示出具有面内磁化的各向同性磁各向异性能量，表明磁化方向易于调谐。在xy平面上旋转磁化强度矢量时，该模型能准确描述SOC带隙的变化，并出现两种具有可调性质的拓扑态（类Weyl半金属态和Chern绝缘体态）.类Weyl半金属态是两个Chern绝缘体态之间的临界点，具有相反的Chern数符号。大的非平凡的带隙（高达60.3 meV）和Weyl类半金属态是有前途的自旋电子器件的应用。
2021-07-28 cond-mat.mtrl-sci
FeTe$_{1-x}$Se$_{x}$ monolayer films: towards the realization of high-temperature connate topological superconductivity
我们对生长在SrTiO $_{3}$上的一系列FeTe $_{1-x}$ Se $_{x}$单层膜进行了角分辨光电子能谱研究。薄膜的超导电性是鲁棒的，而不敏感的带位置和有效质量的变化所造成的Te取代Se。然而，在布里渊区中心的电子和空穴带之间的带隙减小带反转和宇称交换，这驱动系统到一个非平凡的拓扑状态预测的理论计算。我们的结果提供了一个明确的实验指示，FeTe $_{1-x}$ Se $_{x}$单层材料是高温原生拓扑超导体中的能带拓扑和超导性的内在集成。
2017-01-26 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Quantum size effects in layered VX2 (X=S, Se, Te) materials: Manifestation of metal to semimetal or semiconductor transition
大多数2D过渡金属二硫属化物（TMDC）以原始形式存在。然而，2D原始VX 2（X=S，Se，Te）材料被发现是铁磁性的。利用自旋极化的密度泛函理论（DFT）计算，我们研究了这类材料在三角棱柱2 H-相和八面体1 T-相的电子、磁性和表面性质。我们的计算表明，它们在这两种多晶型物中表现出不同的性质。最重要的是，电子结构的详细研究探索了这些材料的2 H相的量子尺寸效应，从而导致从双层到相应单层的金属到半金属（2 H-VS 2）或半导体（2 H-VSe 2，2 H-VTe 2）的转变。
2014-08-08 cond-mat.mtrl-sci
Semimetal behavior of bilayer stanene
锡烯是一种二维（2D）弯曲的蜂窝结构，由于其在纳米器件中潜在的电子学和自旋电子学应用中的有前途的电子性质，最近已经被研究。在这篇文章中，我们提出了第一性原理研究的电子性质的氟化双层锡烯。在密度泛函理论的框架内考虑了拉伸应变、内禀自旋轨道和范德华相互作用的影响。电子能带结构显示在Γ点处价带和导带之间的非常小的重叠，这是氟化双层锡烯中的半金属的特征。需要相对高的拉伸应变值来打开电子能带结构中的能带隙，并且宇称分析揭示出应变纳米结构是平凡的绝缘体。根据我们的结果，尽管单层氟化锡烯，双层之一是不是一个合适的候选人的拓扑绝缘体。
2018-02-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Tantalum Monoarsenide: an Exotic Compensated Semimetal
与硅和砷化镓等几十年来被广泛应用的半导体相比，半金属直到最近才在凝聚态物理领域受到重视。电子拓扑性质的实现激发了人们对Dirac半金属和Weyl半金属的研究兴趣，这些半金属被预言将显示出超越经典金属电子理论的前所未有的特征。在这封信中，我们第一次报告的电输运性质的一个强大的外尔半金属候选人提出最近的理论计算，钽。我们的研究表明，这种散装材料表现出载流子迁移率（$\mathrm{5\times10^5 cm^2/V\cdot{s}}$）伴随着极大的，不饱和的线性磁阻（$\mathrm{MR}$），达到5400在10开尔文在9特斯拉的磁场和2.47 $\times$ 10 $^4$在1.5开尔文在磁场56特斯拉。我们还观察到强烈的Shubnikov-de Haas（SdH）振荡与极低的量子极限（$\sim$ 8特斯拉）。对TaAs的进一步研究，特别是在超量子极限区域的研究，将有助于扩展对这些奇异电子拓扑性质的认识。
2015-02-01 cond-mat.mtrl-sci
Topological Semimetals from first-principles
本文综述了近年来在理解和预测新型拓扑半金属方面的理论进展。拓扑半金属定义了一类具有拓扑稳定能带交叉的无隙电子相。不同类型的拓扑半金属可以基于带交叉的简并性、它们的余维（例如，点或线节点），以及稳定带交叉的保护所依赖的晶体空间群对称性。带交叉附近的色散是另一个区别特征。这些性质产生了广泛的不同的半金属相，如狄拉克或外尔半金属，点或线节点半金属，和I型或II型半金属。在这篇评论中，我们给出了一个一般性的描述，各种家庭的拓扑半金属与建议的物质实现的重点从第一性原理计算。回顾了研究拓扑无带隙电子相的概念框架，特别关注能带交叉的对称性要求，并阐明了不同拓扑半金属族之间的关系。除了典型的狄拉克和外尔半金属，我们特别注意拓扑半金属的最近的例子，其中包括节线半金属，多重费米子半金属，三点半金属。不太强调的是放在他们的表面状态的属性，响应外部探针，和最近的实验发展。
2018-10-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Model Hamiltonian and Time Reversal Breaking Topological Phases of Anti-ferromagnetic Half-Heusler Materials
在本文中，我们构造了一个广义Kane模型，该模型在反铁磁有序的局部磁矩和巡游电子自旋之间引入了一个新的耦合项，以描述大家族反铁磁半Heusler材料的低能有效物理.研究了广义Kane模型的拓扑性质，在有效模型的不同参数范围内识别出了Dirac半金属相、Weyl半金属相、节线半金属相、B型三相点半金属相、拓扑镜像（或滑移）绝缘相和反铁磁拓扑绝缘相等多种拓扑相.特别是，我们发现，该系统总是被驱动到反铁磁拓扑绝缘体阶段，一旦散装带隙是开放的，而不管磁矩方向，从而提供了一个强大的实现反铁磁拓扑绝缘体。此外，我们还讨论了这些拓扑相在实际反铁磁半赫斯勒材料中的可能实现。我们的有效模型提供了一个基础，在这类材料的物理现象的未来研究。
2017-04-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Realization of low-energy Dirac fermions in (Ir$_{1-x}$Pt$_x$)Te$_2$ superconductors
超导态和拓扑态是物质的两种不同的量子态。具有拓扑非平凡电子态的超导体为研究它们之间的相互作用提供了一个平台。最近的研究表明，PdTe 2超导体是一种拓扑狄拉克半金属，具有II型狄拉克费米子。然而，PdTe 2中的狄拉克费米子对超导对没有贡献，因为狄拉克点远低于费米能级（EF）。在这里，我们证明了在同构化合物（Ir 1-xPtx）Te 2中，通过在x ~ 0.1处进行元素替换，可以将第二类狄拉克点调整到EF，从而在2K附近出现体超导电性。Dirac点位于EF处的（Ir 1-xPtx）Te 2超导体为研究Dirac半金属中的拓扑超导等相关奇异物理现象铺平了道路。
2017-12-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Layer dependent topological phases and transitions in TaRhTe$_4$: From monolayer and bilayer to bulk
本研究通过密度泛函计算和紧束缚模型发现TaRhTe$_4$的拓扑相随层数变化：单层为量子自旋霍尔绝缘体，双层因层内跃迁表现为弱拓扑绝缘体，堆叠双层相图包含Weyl半金属等相，该结论可推广至相关碲化物家族。
2024-03-18 cond-mat.mtrl-sci
Observation of tunable bandgap and anisotropic Dirac semimetal state in black phosphorus
黑磷由磷烯的堆叠层组成，磷烯是一种具有前景的器件特性的二维半导体。我们报道了利用原位表面掺杂技术在少层掺钾黑磷中实现宽可调带隙。通过能带结构的测量和计算，我们证明了一个垂直的电场从掺杂剂调制的带隙由于巨大的斯塔克效应和调谐的材料从一个中等的间隙半导体带反转半金属。在这个带反转的临界场，材料变成具有各向异性色散的狄拉克半金属，在扶手椅上线性，在Z字形方向上二次。黑磷的可调谐能带结构可以允许在电子和光电子器件的设计和优化中具有很大的灵活性。
2015-08-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Cat's cradle-like Dirac semimetals in layer groups with multiple screw axes: Application to 2D Borophene and Borophane
近年来，晶体保序拓扑半金属，特别是非对称保序拓扑半金属引起了人们广泛的兴趣。我们列出了可能的双螺旋拓扑半金属，并在没有自旋轨道耦合的情况下，在所有具有多个螺旋轴的层组中推导出它们的k.p哈密顿量。我们发现了一种新颖的猫摇篮状拓扑半金属相，它看起来像多个沙漏状能带结构交错在一起。此外，我们提出了单层硼氢化物和borophane与PMMN层组作为第一类材料来实现这种新的半金属相。揭示了二维硼基材料中费米能级上的一对倾斜各向异性狄拉克锥，并给出了低能有效模型。此外，类似于三维Weyl半金属，这些猫摇篮状Dirac半金属的拓扑性质也可以通过量子化Berry相的计算和连接两个Dirac点的平坦费米弧边缘态的证明得到验证.我们的发现，borophane和borophane是猫的摇篮状狄拉克半金属是非常感兴趣的实验和可能的应用在未来。
2018-09-25 cond-mat.mtrl-sci
Built-in electric field and strain tunable valley-related multiple topological phase transitions in VSiXN$_4$ (X= C, Si, Ge, Sn, Pb) monolayers
本文基于第一性原理计算，发现内建电场和应变可诱导VSiXN$_4$单层发生多重拓扑相变，其本质为K和K'谷处的能带反转，为多场调控自旋、谷和拓扑物理提供了理想平台。
2023-05-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
