Tunable Weyl fermions and Fermi arcs in magnetized topological crystalline insulators
基于$k\cdot p$分析和实际紧束缚计算，我们发现磁性掺杂（Mn，Eu，Cr等）的Weyl半金属可以实现时间反转破缺。Sn $_{1-x}$ Pb $_x$（Te，Se）类拓扑晶体绝缘体。所有的外尔点在动量空间中分离得很好，并且由于高度的晶体对称性而具有几乎相同的能量。此外，外尔点和费米弧都可以通过改变Pb/Sn成分、压力、磁化强度、温度、表面电势等来高度调谐，开启了操纵外尔点和重新连接费米弧的可能性。
2016-04-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Topological Weyl Semi-metal from a Lattice Model
我们定义和研究了一个三维晶格模型，显示外尔半金属相。该模型由量子（反常）霍尔绝缘体的耦合层组成。外尔半金属相出现在量子霍尔绝缘相和正常绝缘相之间。这种外尔半金属中的外尔费米子，类似于石墨烯中的狄拉克费米子，其晶格赝自旋锁定在其动量上。我们调查的表面状态和费米弧，以及它们的演变为不同的阶段，通过精确对角化的晶格模型，以及通过分析它们的拓扑起源。
2012-03-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Lifshitz-Kosevich Theory of Anomalous Landau Levels in Topological Flat Bands
The Pennsylvania State University（宾夕法尼亚州立大学）
研究拓扑平带中反常朗道能级在里夫希茨 - 科瑟维奇框架内的行为及热阻尼能否揭示量子几何信息。通过最小模型推导理论并分析振荡，发现其有效质量有限且依赖磁场，热阻尼可测量子度规，使量子振荡成探测平带量子几何的工具。
2026-08-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Hopf-link multi-Weyl-loop topological semimetals
我们构造了一个通用的双带模型，它可以描述具有多个闭合Weyl环的拓扑Weyl半金属。所有现有的多Weyl环半金属，包括网络，或网络链和霍普夫链状态可以在一个相同的框架内检查。基于一个双回路模型，研究了这些拓扑结构不同的体态对应的鼓面表面态，并进行了比较。我们的模型与霍普夫绝缘体的连接进行了讨论。此外，为了在实验上识别这些拓扑结构不同的Weyl半金属态，特别是区分Hopf链和非Hopf链，我们还研究了它们的Landau能级。结果表明，无论磁场的方向如何，霍普夫链态都存在一个四重简并的零能朗道带.
2018-01-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Fermi Arcs in Tilted Weyl Semimetals: Classification, Evolution and Transport Properties
Weyl半金属是拓扑半金属的一种新的量子态，它具有拓扑表面态--费米弧。本文将外尔半金属中的费米弧分为第一类和第二类。基于紧束缚模型，利用体外尔锥的倾斜强度研究了1/2类费米弧的演化和输运性质。拓扑表面态的（剩余）反常霍尔电导率是一类费米弧的物理结果，因此一类费米弧成为混合或II型Weyl半金属的非平凡拓扑性质。因此，本文的工作为了解Weyl半金属的拓扑性质提供了一种直观的方法.
2017-11-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Competition-Induced Sign Reversal of Casimir-Lifshitz Torque: An Investigation on Topological Node-Line Semimetal
本文研究拓扑节线半金属中相对论与非相对论色散竞争诱导的Casimir-Lifshitz力矩符号反转现象，提出通过调节各向异性参数、化学势或衬底距离实现反转，并以Ca$_3$P$_2$系统进行了详细计算验证。
2022-10-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Discovery of Weyl fermion semimetals and topological Fermi arc states
外尔半金属是其低能体激发是外尔费米子的导体，而它们的表面具有金属费米弧表面态。这些费米弧表面状态由与材料的体电子波函数相关联的拓扑不变量保护。最近，已经表明，TaAs和NbAs类材料具有这样的拓扑物质状态。我们回顾的基本现象和实验历史发现的第一个外尔半金属，从观察拓扑费米弧和外尔节点的TaAs和NbAs的角度和自旋分辨表面和体积敏感的光电子能谱，并继续通过磁输运测量报告的Adler-Bell-Jackiw手征异常。我们希望这篇文章提供了一个有用的介绍外尔半金属理论，最近的实验发现的总结，并指导未来的方向。
2017-02-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Helical Spin Order from Topological Dirac and Weyl Semimetals
我们研究了拓扑Dirac和Weyl半金属的动力学质量产生和由此产生的螺旋自旋序，包括量子自旋Hall绝缘体的边缘态、弱拓扑绝缘体的表面态和Weyl半金属的体材料.特别地，外尔半金属的螺旋自旋织构以可见的方式显示了外尔费米子的自旋-动量锁定。螺旋序的自旋波波动携带电荷密度;因此，可以以简单且可预测的方式电控制自旋织构。
2015-08-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Large-Gap Quantum Spin Hall State and Temperature-Induced Lifshitz Transition in Bi4Br4
由于一维（1D）自旋动量锁定拓扑边缘态可作为低功耗电子和高性能自旋电子学实际应用的无耗散通道，寻找具有大全开能隙的新量子自旋霍尔绝缘体以克服室温下的热扰动引起了人们的极大关注。在这里，我们报告的拓扑性质的单层Bi 4 Br 4的扫描隧道显微镜和角分辨光电子能谱（ARPES）技术的调查。第一性原理计算揭示了大体积能隙（~ 0.2 eV）内一维边态积分的拓扑非平凡性.在不同温度下的ARPES测量结果表明，温度引起的Lifshitz转变，对应于由化学势的移动引起的电阻率异常。讨论了超导电性的出现与Lifshitz转变之间的关系。
2021-10-13 cond-mat.mtrl-sci
Topological Lifshitz transition-induced bipolarity of anomalous Nernst effect in kagome magnet YCo3
Zhejiang University of Technology（浙江工业大学）；Hefei National Laboratory（合肥国家实验室）；Collaborative Innovation Center of Advanced Microstructures, Nanjing University（南京大学先进微结构协同创新中心）
本研究通过温度诱导的拓扑Lifshitz转变，在kagome磁体YCo3中实现了异常Nernst效应的双极性调控，揭示了温度与磁性对Weyl节点拓扑和热电输出的直接控制。
2026-05-28 cond-mat.mtrl-sci
Observation of a phononic higher-order Weyl semimetal
外尔半金属是一种特殊的系统，其中的奇异现象，如费米弧，伪规范场和量子异常，是由晶体固体中的电子和光子声子的超材料的拓扑带简并引起的。另一方面，高阶拓扑绝缘体揭示了超越传统体边对应的有趣的多维拓扑物理。然而，尚不清楚高阶拓扑是否可以出现在外尔半金属中。在这里，我们报告的实验发现高阶外尔半金属在其声子模拟表现出拓扑保护的边界状态在多个维度。我们在单轴螺旋对称的手征声子晶体中建立了高阶外尔半金属的物理实现。利用近场光谱，我们观察到了表面上的手征费米弧和铰链边界上的一种新的铰链弧态。这些拓扑边界弧态连接了外尔点在不同维度和方向上的投影，从而证明了外尔半金属中的高阶多维拓扑物理。我们的研究建立了晶体材料中高阶拓扑和Weyl物理之间的基本联系，并揭示了高阶拓扑半金属的新视野，其中可能出现前所未有的材料，如高阶拓扑半金属线。
2020-11-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Topological electronic structure and Weyl points in nonsymmorphic hexagonal materials
利用拓扑能带理论分析，我们表明，在六角形晶格的非对称对称操作强制外尔点的螺旋不变的高对称线的能带结构。共表象理论和连通性群理论表明，Weyl点是由手风琴式和沙漏式色散关系中的能带交叉产生的。这些Weyl点对弱扰动是稳定的，并且受到螺旋旋转对称性的保护。基于第一性原理计算，我们发现拓扑预测的能量色散关系与真实的六角材料完全一致。拓扑电荷（手性）和Berry曲率计算表明，在4d过渡金属三氟化合物如AgF 3和AuF 3中同时形成Weyl点和线。此外，由于电子结构中强的自旋轨道耦合和多个Weyl点交叉，发现了大的本征自旋霍尔电导。这些材料可用于更节能的自旋电子器件中的自旋/电荷转换。
2021-01-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci math.AT
Bond-breaking Induced Lifshitz Transition in Robust Dirac Semimetal $\mathbf{VAl_3}$
半金属中的拓扑电子通常易受化学掺杂和环境变化的影响，这限制了它们在未来电子器件中的潜在应用。在本文中，我们报告的第二类狄拉克半金属$\mathbf{VAl_3}$主机特殊的，强大的拓扑电子，可以容忍极端的化学成分的变化。即使在$\mathbf{V_{1-x}Ti_xAl_3}$固溶体中的V原子被置换后，狄拉克电子仍然保持完整。这种狄拉克半金属态在$x=0.35$处结束，在那里发生到$p$型平凡金属的Lifshitz跃迁。在这个转变中，只要Ti取代所提供的空穴完全减少成键轨道，V-Al键就完全断裂。换句话说，$\mathbf{VAl_3}$中的狄拉克电子受到V-Al键的保护，该V-Al键的分子轨道是它们的成键重心。我们对拓扑半金属中电子数、化学键和电子性质之间相互关系的理解为寻找稳定的、化学键保护的拓扑材料提供了一种合理的途径。
2020-05-16 cond-mat.mtrl-sci
Observation of Weyl and Dirac fermions at smooth topological Volkov-Pankratov heterojunctions
外尔和狄拉克相对论费米子在拓扑物质中是普遍存在的。它们的相对论性质使得像手征异常这样的高能物理现象能够在固态中发生，这使得实验能够探测和探索基本的相对论理论。在这里，我们表明，光滑的平凡和拓扑材料之间的接口，无质量外尔和大量狄拉克费米子本质上共存。后者的出现，被称为Pankov-Pankratov态，直接通过磁光光谱揭示，证明它们的能谱完全由拓扑界面的光滑度控制。同时，我们揭示了零能手征外尔态的光吸收，当拓扑界面光滑时，其波函数发生了剧烈的变化。人工工程的拓扑轮廓，从而提供了一个新的教科书系统，探索丰富的相对论性能谱在凝聚态异质结构。
2022-07-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Role of Sn impurity on electronic topological transitions in 122 Fe-based superconductors
结果表明，在BaFe $_2$ As $_2$的Ba位上，只有少量的Sn掺杂可以引起电子拓扑跃迁，即Lifshitz跃迁. Fe的d $_{xy}$带由于4%的Sn掺杂而发生类电子跃迁。在BaFe $_2$ As $_2$系统中，在所有的高对称点附近都发现了Lifshitz转变。我们详细的第一性原理模拟预测，在其他122个家族的化合物，如SrFe $_2$作为$_2$，CaFe $_2$作为$_2$没有任何Lifshitz转变。由于锡助熔剂法生长122材料的单晶中含有少量的Sn杂质，以及Lifshitz转变与磁性、超导性之间的相互关系，本工作具有实际意义。
2016-03-29 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Topological Materials: Weyl Semimetals
拓扑绝缘体和拓扑半金属都是一类新型的量子材料，它们的特征是由体能带结构的拓扑结构诱导出表面态。拓扑狄拉克或外尔半金属显示线性分散的圆形节点，称为狄拉克或外尔点，作为石墨烯的三维类似物。我们回顾的基本概念，并比较这些拓扑状态的物质从材料的角度，特别侧重于外尔半金属。TaAs家族是以教学方式介绍Weyl点签名的理想材料类别，从费米弧到手性磁输运性质，然后在WTe2，MoTe2和相关化合物中寻找II型Weyl半金属。许多材料都是大族的成员，并且可以调整拓扑属性。作为一个例子，我们介绍了多功能拓扑材料，Heusler化合物，其中既可以找到拓扑绝缘体和磁性Weyl半金属。
2016-11-21 cond-mat.mtrl-sci
Anomalous Hall effect at the Lifshitz transition in ZrTe5
五碲化锆ZrTe 5是一种拓扑半金属。温度诱导的Lifshitz转变的存在，其中费米能级从导带到价带随着温度的升高，提供了独特的机会来研究费米表面拓扑结构，狄拉克费米子的动力学，和Berry曲率之间的相互作用在一个系统中。在这里，我们提出了一个相结合的实验和理论研究表明，一个低能量的模型可以用来理解复杂的霍尔响应和大的反常霍尔效应观察到的ZrTe 5在很宽的温度和磁场。我们发现，异常霍尔贡献占主导地位的霍尔响应在一个狭窄的温度窗口周围的Lifshitz转变，远离轨道的贡献占主导地位。此外，我们的结果表明，拓扑相变与Lifshitz转变共存。我们的模型提供了一个统一的框架，以了解霍尔效应在半金属与大塞曼分裂和非平凡的拓扑结构。
2021-12-30 cond-mat.mtrl-sci
Role of topological charges in the nonlinear-optical response from Weyl semimetals
本研究探究拓扑荷对多外尔半金属非线性光学响应的影响，发现激光驱动电流、反常电流均带拓扑荷特征，强场下反常电流与拓扑荷不再成正比，且拓扑荷显著影响高次谐波的产率与能量截止值。
2023-06-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Fermi arcs and their topological character in the candidate type-II Weyl semimetal MoTe2
我们报告的候选人II型外尔半金属MoTe2的实验和理论研究相结合。使用基于激光的角度分辨光电发射，我们解决了多个不同的费米弧上不等效的顶部和底部（001）表面。实验观察到的所有表面状态再现的实验晶体结构，预测拓扑Weyl半金属态与8 II型Weyl点的电子结构计算。我们进一步使用系统的电子结构计算模拟不同的Weyl点的安排，讨论的鲁棒性确定的Weyl半金属状态和费米弧的拓扑特征MoTe 2。
2016-07-21 cond-mat.mtrl-sci
Pressure driven Weyl-topological insulator phase transition in Weyl semimetal SrSi$_{2}$
第一性原理计算表明，单轴应变可在 Weyl 半金属 SrSi$_{2}$ 中打开带隙并引发能带反转，使其转变为强拓扑绝缘体，从而实现半金属到拓扑绝缘体的相变调控。
2023-05-25 cond-mat.mtrl-sci
Emulating topological chiral magnetic effects in artificial Weyl semimetals
我们实现了高度可调谐的外尔半金属带，并随后模拟了超导量子线路中的拓扑手征磁效应。我们用精心设计的微波场驱动超导量子线路，将晶格的动量空间映射到参数空间，实现了外尔半金属的哈密顿量。通过测量能谱，我们直接将立方晶格的Weyl点成像，并由Berry曲率测量进一步确定其拓扑缠绕数。特别是，我们使用了一个额外的微波场，以产生一个动量依赖的化学势，从中提取的手性磁拓扑电流的存在下，一个人工磁场。这种纯拓扑电流与磁场成正比，这与著名的安培定律相反，并且可能对拓扑材料和量子器件产生重大影响。
2018-03-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Topological classification through knotted graphs: Fermi surface dispersions and Lifshitz transitions
National University of Singapore（新加坡国立大学）
本研究提出基于纽结图的统一拓扑框架，通过Yamada集与序列完整分类真实材料费米面色散及Lifshitz转变，并扩展至非厄米例外面。
2026-09-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci math-ph
Symmetrical broken and nonlinear response of Weyl semimetal TaAs influenced by the topological surface states and Weyl nodes
Weyl半金属（WSM）是一种含有基本粒子--Weyl费米子的新型材料，其表面具有Weyl费米子的体态和拓扑表面态。WSM被认为是一个三维版本的“石墨烯”的错觉。为了探索WSM TaAs的光电特性及其在光子学和光电子学中的应用，本文研究了WSM TaAs的各向异性线性和非线性光学响应，这些响应是由其拓扑表面态和Weyl节点之间的关系和平衡决定的.我们证明了打破体对称性的拓扑表面态是导致迁移率各向异性的原因，并且各向异性非线性响应具有极大的饱和强度.我们还发现，室温下迁移率是各向异性的，量级为104 cm 2 V-1 s-1，并且可以被光场加速。通过对称性分析，非线性响应主要由外尔节点附近的费米子贡献，并与泡利对费米子的阻塞、电子-电子相互作用有关。实验发现了WSM在光场中的各向异性迁移率，为WSM在光子学和光电子学中的应用奠定了基础。
2016-09-19 cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast Dynamical Lifshitz Transition
费米面是我们理解金属和强相关多体系统的核心。费米表面拓扑结构的突然变化，也被称为Lifshitz转变，可以导致诸如巨磁阻和超导性等迷人现象的出现。虽然Lifshitz转变已被证明为一个广泛的材料的宏观参数，如应变，掺杂，压力和温度的平衡调整，非平衡动力学路线的费米表面拓扑结构的超快修改还没有实验证明。结合时间分辨多维光电子能谱与最先进的TDDFT+ $U$模拟，我们介绍了一种新的方案，用于驱动超快Lifshitz过渡相关的II型Weyl半金属T $\mathrm{_{d}}$ -MoTe $_{2}$。我们证明，这种非平衡拓扑电子跃迁发现其微观起源的有效电子关联的动力学修改。这些结果揭示了一个新的超快方案控制费米表面的相关量子材料的拓扑结构。
2021-02-15 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Topological Weyl phase transition in Mo$_x$W$_{1-x}$Te$_2$
物质的拓扑相表现出不同拓扑类之间的相变。这些相变是奇异的，因为它们不属于传统的金斯堡-朗道范式，而是与体积拓扑不变量和相关的拓扑表面状态的变化相关联。在外尔半金属的情况下，这种相变是特别不寻常的，因为它涉及到大量手征电荷的产生和拓扑费米弧的成核。在这里，我们形象的拓扑相变的Weyl半金属钼$_x$ W $_{1-x}$ Te $_2$与变化的组成$x$。利用泵浦-探测超快角分辨光电子能谱（pump-probe ultrafast angle-resolved photoemission spectroscopy，ARPES），我们直接观察到了拓扑费米弧在$x_c \sim 7\%$上的成核过程，显示了拓扑外尔相变的临界点。对于Mo掺杂的$x < x_c$，我们没有观察到费米弧，而对于$x > x_c$，费米弧随着体外尔点的分离而逐渐延伸。我们的结果首次证明了在动量空间中磁单极子的产生。我们的工作开辟了操纵手征电荷和拓扑费米弧外尔半金属的传输实验和设备的应用。
2016-12-22 cond-mat.mtrl-sci
Topological frequency conversion in Weyl semimetals
我们理论上预测了一种基于外尔半金属的光放大新工作原理：当外尔半金属在两个频率下受到适当照射时，靠近外尔点的电子通过拓扑频率转换机制在频率之间转换能量[Martin et al，PRX 7 041008（2017）]。每个电子以普朗克常数的整数倍乘以两个频率的乘积给出的量子化速率转换能量。在模拟中，我们表明，最佳的，但可行的能带结构可以支持拓扑频率转换的“太赫兹间隙”的强度下降到$ 2{\rm W}/{\rm mm^2}$ ;从效果的增益可以超过耗散损耗时，频率大于系统的弛豫时间。拓扑频率转换为光放大提供了一个新的范例，并进一步扩展了Weyl半金属的技术应用前景。
2022-07-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Topological Weyl semimetals in the chiral antiferromagnetic materials Mn3Ge and Mn3Sn
最近的实验表明，Mn3Sn和Mn3Ge在室温下表现出强烈的反常霍尔效应，激发我们探索它们的电子结构的拓扑性质。通过从头算能带结构计算，我们观察到在Mn 3Ge和Mn 3Sn中存在多个Weyl点和相应的表面费米弧，预测了反铁磁Weyl半金属.在这里，Kagome型晶格结构中的手征反铁磁性对于确定Weyl点的位置和数目是必不可少的。我们的工作进一步揭示了一个新的指导原则，寻找磁性Weyl半金属材料中表现出强烈的反常霍尔效应。
2016-08-17 cond-mat.mtrl-sci
Recent advancements in the study of intrinsic magnetic topological insulators and magnetic Weyl semimetals
拓扑绝缘体和拓扑半金属的研究一直处于凝聚态物理和材料科学的前沿。这两类材料的特征在于由本体能带结构的拓扑结构产生的稳健的表面状态，并表现出奇异的输运性质。当磁性存在于拓扑材料中并打破时间反演对称性时，可以产生更多奇异的量子现象，如量子反常霍尔效应、轴子绝缘体、大本征反常霍尔效应等。本文简要综述了磁性拓扑材料，包括内禀磁性拓扑绝缘体和磁性Weyl半金属的最新研究进展。
2020-08-25 cond-mat.mtrl-sci
Lifshitz transitions and angular conductivity diagrams in metals with complex Fermi surfaces
本文基于 Novikov 问题对开放电子轨迹的拓扑分类，研究复杂费米面金属在 Lifshitz 转变时电子轨迹及强场角电导图的一般变化。
2023-12-09 cond-mat.mtrl-sci math-ph math.MP
Electronic Evidence of Temperature-Induced Lifshitz Transition and Topological Nature in ZrTe5
拓扑材料是近年来研究的热点。虽然三维拓扑绝缘体越来越丰富，但二维拓扑绝缘体仍然很少见，特别是在天然材料中。ZrTe 5的反常输运性质一直是一个长期存在的难题;其潜在的起源仍然难以捉摸。最近，由于单层ZrTe 5是一个二维拓扑绝缘体，体相ZrTe 5中可能存在拓扑相变，因此重新引起了人们的兴趣。然而，ZrTe 5的拓扑性质仍有争议，因为一些实验指出它是三维或准二维狄拉克半金属。在这里，我们报告高分辨率的激光为基础的角分辨光电发射测量的ZrTe 5。ZrTe_5的电子性质主要由布里渊区中心的两个近线性色散带支配。这两个带被一个能隙分开，该能隙随着温度的降低而减小，但持续到我们测量的最低温度（~2 K）。整体电子结构表现出显着的温度依赖性;它从高温下具有空穴状费米口袋的p型半金属演变为约135 K的半导体，其电阻率呈现峰值，再到低温下具有电子状费米口袋的n型半金属。这些结果表明，在ZrTe 5的温度诱导的Lifshitz转变的明确的电子证据。他们提供了一个自然的理解的基本起源的电阻率异常在~135 K及其相关的反转的载流子型。我们的观察也提供了关键信息破译的拓扑性质的ZrTe 5和可能的温度诱导的拓扑相变。
2016-02-10 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Signatures of a magnetic-field-induced Lifshitz transition in the ultra-quantum limit of the topological semimetal ZrTe$_5$
本文通过电输运和超声测量表征拓扑半金属ZrTe₅在高达64 T磁场下的量子极限，发现塞曼效应调控一维朗道能带并诱导向一维Weyl区域的Lifshitz转变，为在更低温度下探索相互作用驱动的奇异相奠定了基础。
2022-04-25 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other cond-mat.str-el
