最近的分类工作，包括晶体对称性揭示了丰富的可能性，固态系统，以支持挂毯的异国情调的拓扑状态。然而，找到实现这种状态的材料仍然是一个艰巨的挑战。在这里，我们展示了如何相互作用的拓扑结构，对称性，磁性结合掺杂和外部电场和磁场控制可以用来驱动以前未报道的SrIn $_2$作为$_2$材料家族到各种拓扑阶段。我们的第一性原理计算和对称性分析表明SrIn $_2$ As $_2$是具有$Z_2=(1;000)$和镜像陈数$C_M= -1$的对偶拓扑绝缘体。它的同构和等价反铁磁表亲EuIn $_2$ As $_2$被发现是与$Z_4= 2$的轴子绝缘体。在Sr $_{1-x}$ Eu $_x$ In $_2$ As $_2$中通过Eu掺杂破坏的时间反转对称性取决于磁易轴的取向导致更高阶或拓扑晶体绝缘体状态。我们还发现反铁磁EuIn $_2$ P $_2$是一个平凡的绝缘体，具有$Z_4= 0$，并且在外加磁场的驱动下，它经历了一个理想的Weyl费米子态或节费米子态与$Z_4= 1$。我们的研究确定了Sr $_{1-x}$ Eu $_x$ In $_2$（As，P）$_2$作为一种新的可调材料平台，用于研究外尔和节点费米子在晶体和轴子绝缘体状态的支架中的物理和应用。
英文摘要：
Recent classification efforts encompassing crystalline symmetries have revealed rich possibilities for solid-state systems to support a tapestry of exotic topological states. However, finding materials that realize such states remains a daunting challenge. Here we show how the interplay of topology, symmetry, and magnetism combined with doping and external electric and magnetic field controls can be used to drive the previously unreported SrIn$_2$As$_2$ materials family into a variety of topological phases. Our first-principles calculations and symmetry analysis reveal that SrIn$_2$As$_2$ is a dual topological insulator with $Z_2=(1;000)$ and mirror Chern number $C_M= -1$. Its isostructural and isovalent antiferromagnetic cousin EuIn$_2$As$_2$ is found to be an axion insulator with $Z_4= 2$. The broken time-reversal symmetry via Eu doping in Sr$_{1-x}$Eu$_x$In$_2$As$_2$ results in a higher-order or topological crystalline insulator state depending on the orientation of the magnetic easy axis. We also find that antiferromagnetic EuIn$_2$P$_2$ is a trivial insulator with $Z_4= 0$, and that it undergoes a magnetic field-driven transition to an ideal Weyl fermion or nodal fermion state with $Z_4= 1$ with applied magnetic field. Our study identifies Sr$_{1-x}$Eu$_x$In$_2$(As, P)$_2$ as a new tunable materials platform for investigating the physics and applications of Weyl and nodal fermions in the scaffolding of crystalline and axion insulator states.
Tunable exchange bias effect in magnetic Bi$_{0.9}$Gd$_{0.1}$Fe$_{0.9}$Ti$_{0.1}$O$_3$ nanoparticles at temperatures up to 250 K
在磁性Bi $_{0.9}$ Gd $_{0.1}$ Fe $_{0.9}$ Ti $_{0.1}$ O $_3$纳米粒子中观察到了交换偏置（EB）效应。研究了磁场冷却对交换偏置效应的影响。交换偏置场（$H_{EB}$）的大小随冷却磁场的增加而增加，表明交换偏置效应的强度可通过场冷却来调节。还发现$H_{EB}$值依赖于温度。这种磁性可调的交换偏置在温度高达250 K的Bi $_{0.9}$ Gd $_{0.1}$ Fe $_{0.9}$ Ti $_{0.1}$ O $_3$纳米粒子可能是值得潜在的应用。
Quantum anomalous Hall effect with field-tunable Chern number near Z2 topological critical point
研究了在磁掺杂、拓扑平凡的绝缘薄膜中实现场可调陈氏数量子反常霍尔效应的可行性。特别是在候选材料TlBi（S $_{1-δ}$ Se $_δ$）$_2$中，我们证明了通过调节Z2拓扑临界点附近的交换场强度或样品厚度可以获得具有不同陈数的QAH相。我们的物理方案成功地减少了必要的交换耦合强度为目标的陈数。这种QAH机制不同于传统的磁性拓扑绝缘薄膜的QAH图，其中“表面”态必须涉及并且有时使实现问题复杂化。此外，我们发现，一个给定的陈数也可以通过一个垂直的电场，这自然会发生时，基板存在调谐。
Magnetically robust topological edge states and flat bands
我们研究了存在自旋分裂塞曼场的三维拓扑绝缘体的薄条。我们表明，在一定的条件下，在一个带的两侧的拓扑边缘状态仍然强大的时间反演对称性破缺塞曼场。对于塞曼场垂直于带的粒子-空穴对称系统，我们严格证明了边缘态的色散和自旋轨道结构保持不变。当塞曼场平行于带时，狄拉克谱变得平坦，但保持不变。在塞曼场的临界值以上，在边缘处出现拓扑平坦带。本文对Bi $_2$ Se $_3$的晶格模型进行了数值计算。这些计算表明，即使在这个系统中不严格满足粒子-空穴对称性，这些特殊的功能仍然存在。平带是可调谐的塞曼场，并可以在室温下实现在Bi $_2$ Se $_3$ -铁磁体异质系统。
Tunable Intrinsic Plasmons due to Band Inversion in Topological Materials
能带反转在拓扑绝缘体和拓扑半金属中产生了丰富的物理效应。研究发现，具有墨西哥帽色散的反向能带结构可以增强带间关联，从而导致强的本征等离子体激元激发。它的频率范围从几个$\mathrm{meV}$到几十个$\mathrm{meV}$，并且可以通过外场进行有效的调谐。电子-空穴不对称项将等离子体激元激发的峰分裂成双峰。这种等离子体激元激发的命运和性质也可以作为探针来表征即使在轻掺杂系统中的拓扑相。我们数值模拟了带反转对三维强拓扑绝缘体，V-或Cr-掺杂（Bi，Sb）$_2$ Te $_3$，支持量子反常霍尔态的磁掺杂薄膜中的等离子体激元激发的影响。因此，我们的工作揭示了一些新的光拓扑材料在等离子体激元的潜在应用。
Möbius Insulator and Higher-Order Topology in MnBi$_{2n}$Te$_{3n+1}$
我们提出MnBi $_{2n}$ Te $_{3n+1}$作为一个磁可调平台，实现各种安全保护的高阶拓扑结构。其倾斜的反铁磁相可以容纳具有莫比乌斯扭曲的奇异拓扑表面状态，这些状态受到非对称对称性的保护。此外，承载莫比乌斯费米子的相对表面通过一维手征铰链模式连接，这提供了高阶拓扑莫比乌斯绝缘体的第一个材料候选者。我们揭示了一个一般的机制，可行地诱导这种奇异的物理通过施加一个小的面内磁场的反铁磁拓扑绝缘相的MnBi $_{2n}$ Te $_{3n+1}$，以及其他建议的轴子绝缘体。对于其他的磁性配置，两类反转保护的高阶拓扑相是普遍存在的，在这个系统中，这都表现出带隙表面和无隙手征铰链模式。我们系统地讨论了它们的分类，微观机制和实验签名。值得注意的是，不同的手性铰链模式配置之间的磁场诱导的过渡提供了一个有效的“拓扑磁开关”。
Magnetic Brightening and Nanoscale Imaging of Spin-Polarized Helical Edge Modes
Ames National Laboratory（艾姆斯国家实验室）；Department of Physics and Astronomy, Iowa State University（爱荷华州立大学物理与天文系）；Condensed Matter Physics and Materials Sciences Department, Brookhaven National Laboratory（布鲁海文国家实验室凝聚态物理与材料科学系）；Department of Physics and Astronomy, Stony Brook University（石溪大学物理与天文系）
