在一些具有时间反演（T）和滑移（G）对称性的狄拉克系统中，出现了多螺旋表面态（MHSS），如在电子和光子系统中所讨论的那样。然而，MHSSs的拓扑性质和出现的条件还没有被理解。在这里，我们表明，MHSSs的结果从体表面对应的$Z_2$的电荷Q，它不能被定义为一个本地量与狄拉克点，不像Z的电荷特征外尔点。先前已知的Q公式是非规范不变的，因此不能表征MHSS。通过将Q重新定义为k-空间中的全局拓扑不变量来修正Q定义的这一缺陷。令人惊讶的是，新定义的Q，GT不变的无隙系统的特征，是等于G保护的$Z_2$拓扑不变量v，这是非平凡的，只有在T-破缺有隙系统。Q的这种全局定义自动保证了MHSSs的出现，即使狄拉克点通过降低对称性分裂成外尔点或节环，只要GT对称性保持不变。Q可以被简化为基于双折射的指标时，两个垂直的G被保存，和填充强制拓扑晶体绝缘体诊断在几种情况下，当T-破波扰动引起的。材料候选人Li 2B 4 O 7连同保留MHSSs的空间群的列表也被提出。
英文摘要：
In some Dirac systems with time-reversal (T) and glide (G) symmetries, multihelicoid surface states (MHSSs) appear, as discussed in various systems such as electronic and photonic ones. However, the topological nature and the conditions for the appearance of the MHSSs have not been understood. Here we show that MHSSs result from bulk-surface correspondence for the $Z_2$ monopole charge Q, which cannot be defined as a local quantity associated with the Dirac point, unlike the Z monopole charge characterizing Weyl points. The previously known formula of Q turns out to be non-gauge-invariant and thus cannot characterize the MHSSs. This shortcoming of the definition of Q is amended by redefining Q as a global topological invariant in k-space. Surprisingly, the newly defined Q, characterizing GT invariant gapless systems, is equal to the G-protected $Z_2$ topological invariant v, which is nontrivial only in T-breaking gapped systems. This global definition of Q automatically guarantees the appearance of MHSSs even when the Dirac point splits into Weyl points or a nodal ring by lowering the symmetry, as long as the GT symmetry is preserved. Q can be simplified to symmetry-based indicators when two vertical Gs are preserved, and filling-enforced topological crystalline insulators are diagnosed in several cases when a T-breaking perturbation is induced. Material candidate Li2B4O7 together with a list of space groups preserving MHSSs are also proposed.
Pyridine intercalated Bi$_2$Se$_3$ heterostructures: controlling the topologically protected states
我们用从头计算方法研究了吡啶分子（C $_5$ H $_5$ N）在Bi $_2$ Se $_3$的范德华能隙中的掺入.插入的吡啶分子增加了Bi $_2$ Se $_3$五重层（QL）之间的分离距离，抑制了$Γ$ -点处的电子态的宇称反转。我们发现，插入区成为一个平凡的绝缘体。通过将原始Bi $_2$ Se $_3$区域与由分子插入的区域相结合，我们具有非平凡/平凡异质结，其特征在于在界面区域存在（拓扑保护的）金属态。接下来，我们对系统施加外部压缩压力，结果是（i）吡啶分子插入的量子阱之间的间距减小，以及（ii）金属态向体区域移动，使系统回到绝缘体。也就是说，通过适当的调谐的外部压力在Bi $_2$ Se $_3$，插入吡啶分子，我们可以控制其拓扑性质，打开和关闭的拓扑保护的金属状态，躺在非平凡/平凡界面。
On the Emergence of Topologically Protected Boundary States in Topological/Normal Insulator Heterostructures
我们对拓扑/正常绝缘体（TI/NI）异质结构中拓扑保护边界态（TPBS）的形成进行了系统的研究。使用最近开发的计划，以构建{ \it ab-initio}紧束缚哈密顿矩阵从密度泛函理论（DFT）计算，我们研究了系统的实际尺寸与高精度和控制的相关参数，如TI和NI带对齐，NI间隙和自旋轨道耦合强度。我们的研究结果指出，存在一个NI临界厚度的出现TPBS和TI和NI之间的频带对齐的TPBS的外观的重要性。我们选择Bi $_{2}$ Se $_{3}$作为一个典型的情况下，拓扑/正常的绝缘体的行为是由具有/不具有自旋轨道耦合的区域建模。最后，我们验证了我们的方法比较我们的模型与完全相对论DFT计算的TI/NI异质结构的Bi $_{2}$ Se $_{3}$ /Sb $_{2}$ Se $_{3}$。
Anomalous Acoustic Plasmon Mode from Topologically Protected States
等离子体激元，即电子在体相或表面的集体激发，对材料的性质起着重要的作用，并产生了等离子体激元学领域。我们报告了一个非常不寻常的声学等离子体模式的三维拓扑绝缘体（TI），Bi 2 Se 3，使用动量分辨非弹性电子散射的表面上的观察。与普通的等离子体激元模式形成鲜明对比，这种模式表现出几乎线性色散到第二布里渊区，并保持突出的显着弱阻尼没有看到在任何其他系统。这种行为必须与TI表面态中电子的固有鲁棒性相关联，因此不仅表面狄拉克态而且它们的集体激发都受到拓扑保护。另一方面，该模式具有比从连续介质激发图片预期的小得多的能量色散，这可以归因于与表面声子的强耦合。
Imaging topologically protected transport with quantum degenerate gases
导电表面附近的超冷和量子简并气体可以作为电子电流流动的灵敏、高分辨率和大面积探针。先前的工作已经通过使用超冷和玻色-爱因斯坦凝聚原子与原子芯片阱保持微米的表面来成像金线中晶界周围的传输。我们表明，原子芯片显微镜可以适用于有用的目的，在材料的上下文中表现出拓扑保护的表面运输。通过光刻定制的拓扑绝缘体（TI）的表面缺陷的电流--理想化和具有典型的Bi $_{2}$ Se $_{3}$的带结构和导电性-进行了数值计算。我们建议，成像电流的流动模式，使一个理想的TI从一个有限的体积-表面电导率比的分化，具体地说，这个比例的确定可能是通过成像周围的沟槽蚀刻到TI的表面运输。
Splitting of the topologically-protected Dirac cone without breaking time reversal symmetry
拓扑绝缘体（TI）是一类新的物质，它具有绝缘体的独特电子性质和非平凡体能带拓扑产生的金属边界。虽然TI的表面已经得到了很好的研究，但TI和半导体之间的界面不仅在技术上更相关，而且与非拓扑状态的相互作用可能会从根本上改变物理学。在这里，我们提出了一个一般的模型，表明这样的相互作用可以导致自旋动量锁定的非拓扑状态，狄拉克锥可以分裂成两个，粒子-空穴对称性可以从根本上打破，以及它们可能的后果。与磁性掺杂或合金化不同，这些现象的发生没有拓扑转变或时间反演对称性的破坏。该模型的结果证实了技术相关的Bi $_2$ Se $_3$膜范德华绑定到Se处理的GaAs衬底的第一性原理计算。
