Driving quantum phase transitions in the 3D topological insulators offers pathways to tuning the topological states and their properties. We use DFT-based calculations to systematically investigate topological phase transitions in Bi$_2$Se$_3$, Sb$_2$Se$_3$, Bi$_2$Te$_3$ and Sb$_2$Te$_3$ by varying the $c/a$ ratio of lattice constants. This ensures no net hydrostatic pressure under anisotropic stress and strain and allows a clear identification of the physics leading to the transition. As a function of $c/a$, all of these materials exhibit structural and electronic stability of the quintuple layers (QLs), and quasi-linear behavior of both the inter-quintuple layer distance and the energy gap near the topological transition. Our results show that the transition is predominantly controlled by the inter-QL physics, namely by competing Coulomb and van der Waals interactions between the outer atomic sheets in neighboring quintuple layers. We discuss the implications of our results for topological tuning by alloying.
Modification of the hybridization gap by twisted stacking of quintuple layers in a three dimensional topological insulator thin film
扭曲分层材料的堆叠会产生丰富的新物理学。三维（3D）拓扑绝缘体膜在顶表面和底表面上具有二维无带隙狄拉克电子，当膜低于某一临界厚度时，所述狄拉克电子将杂化并在表面态结构中打开带隙。根据文献，可以通过各种参数（例如膜厚度、反转对称性等）来调节杂化带隙。三维强拓扑绝缘体Bi（Sb）Se（Te）族具有通过范德华相互作用堆叠在一起的五重层（QL）组成的层状结构。在这里，我们成功地生长扭曲堆叠的Sb 2 Te 3量子点，并研究扭曲角度的影响下的厚度限制的杂交间隙。我们发现，可以调整的杂化间隙的薄膜的三个量子阱，这可能会导致量子自旋霍尔态。在3-QL膜中发现间隙闭合的特征。该方法的成功应用为研究拓扑绝缘体中的奇异物理开辟了一条新的途径。
A topological phase buried in a chalcogenide superlattice monitored by a helicity dependent Kerr measurement
通过GeTe和Sb $_{2}$ Te $_{3}$层的交替堆叠形成的硫属化物超晶格（SL），也称为界面相变存储器（iPCM），是基于自旋的存储器器件应用的主要候选者。理论上，iPCM结构已经被预测为根据组成层厚度形成3D拓扑绝缘体或狄拉克半金属。在这里，我们实验研究的拓扑绝缘性质的硫属化物SL使用螺旋度依赖的时间分辨克尔测量。研究表明，在某些硫族超晶格中，螺旋度依赖的Kerr信号呈现四周期振荡，周期为$π$ /2，表明存在Dirac-like锥.此外，我们发现，GeTe层的厚度增加显着改变的周期性，表明从狄拉克半金属到平凡的绝缘体的相变。我们的研究结果表明，厚度调谐硫属化物SL可以发挥重要作用的拓扑状态的操纵，这可能会打开新的可能性，基于硫属化物SL的自旋电子器件。
Dirac fermions at high-index surfaces of bismuth chalcogenide topological insulator nanostructures
二元铋硫属化物Bi $_2$ Se $_3$、Bi $_2$ Te $_3$和相关材料由于其简单的表面态带色散（单狄拉克锥）和相对大的体带隙而作为参考拓扑绝缘体（TI）目前被广泛研究。TI的纳米结构是特别感兴趣的，因为增加的表面体积比增强了表面状态的贡献，这意味着它们是潜在器件应用的有希望的候选者。到目前为止，绝大多数的研究工作都集中在低能量（0001）表面，这对应于这些层状材料中的自然解理面。然而，低维纳米结构（纳米片，纳米线，纳米带）的表面不可避免地涉及更高的折射率面。我们进行了系统的从头算研究铋硫属TI纳米结构的表面，其特征在于不同的晶体取向，原子结构和化学计量组成。我们发现几个稳定的终端的高指数表面，这可以实现在不同的值的化学势的组成元素之一。对于唯一定义的化学计量终止，拓扑狄拉克费米子状态被证明是强烈的各向异性与费米速度和自旋极化的表面取向上的一个明确的依赖。自掺杂效应和拓扑平凡的中间间隙状态的存在下被发现的非化学计量表面的特征。我们的研究结果铺平了道路，对实验控制的拓扑保护的表面状态铋硫族化物纳米结构。
Intermittent dynamics of antiferromagnetic phase in inhomogeneous iron-based chalcogenide superconductor
以不同电子自由度为特征的相共存通常发生在层状超导体中。其中，碱性插层硫族化合物是顺磁（PAR）和反铁磁（AFM）相共存的模型系统，但不同阶段的时间行为仍然是未知的。在这里，我们报告的第一个可视化的原子运动在颗粒相的K $_{x}$ Fe $_{2-y}$ Se $_2$使用X射线光子相关光谱。与PAR相不同，AFM纹理揭示了间歇性的动态与雪崩在马氏体。当冷却到超导转变温度T $_c$时，AFM相经历了一个反常的慢化行为，表明AFM相中原子的运动与超导性之间存在直接关系。除了为层状超导体中类似雪崩的动力学提供令人信服的证据外，这些结果还为描述非均匀固体中量子态的新理论模型提供了基础。
Interface-Induced Superconductivity in Magnetic Topological Insulator-Iron Chalcogenide Heterostructures
The Pennsylvania State University（宾夕法尼亚州立大学）；Rutgers University（罗格斯大学）；University of Washington（华盛顿大学）；Chinese Academy of Sciences（中国科学院）；Materials Research Institute, The Pennsylvania State University（宾夕法尼亚州立大学材料研究所）；National High Magnetic Field Laboratory（国家高磁场实验室）；Paul Scherrer Institute（保罗谢尔研究所）；National Institute of Standards and Technology（美国国家标准与技术研究院）
