We show that a magnetic line defect on the surface of a topological insulator generically supports two distinct branches of spin-polarized and current carrying one-dimensional bound states. We identify the components of magnetic scattering that lead to the bound states. The velocity, and hence spin texture, of each of those branches can be independently tuned by a magnetic field rotated in the plane of the surface. We compute the local net and spin-resolved density of states as well as spin accumulation and charge currents. The net spin polarization and current due to both bound and scattering states vary stepwise as a function of the electrostatic and magnetic components of the scattering potential, and can be tuned by an applied field. We discuss stability of the bound states with respect to impurity scattering.
近年来，反铁磁拓扑绝缘体（TI）MnBi $_2$ Te $_4$的发现引发了人们对新的磁拓扑物理的探索。基于第一性原理计算，我们发现磁性取向和有序度的改变不仅显著影响了MnBi $_2$ Te $_4$中的材料对称性和轨道杂化，而且导致了新的磁性拓扑相的变化.因此，我们预测了一系列不寻常的拓扑量子相变，是磁性可控的材料，包括相变从AFM TI到AFM镜拓扑晶体绝缘体，从II型到I型拓扑Weyl半金属，从轴子绝缘体到陈绝缘体。这些发现为磁性拓扑材料的未来研究和应用开辟了新的机会。
Controllable Majorana fermions on domain walls of a magnetic topological insulator
我们提出在磁性拓扑绝缘体与常规$s$波超导体耦合的磁畴壁条纹上实现一维手征拓扑超导态。局域化的马约拉纳零模可以通过磁力显微术的磁畴写入以可重构的方式构造。该方案可进一步推广到超导自旋螺旋Dirac表面态畴壁处的Majorana零模，并可应用于FeTe $_{0.5}$ Se $_{0.5}$表面上的二维时反不变拓扑超导体.
Understanding Bulk Defects in Topological Insulators from Nuclear-Spin Interactions
非侵入性的局部探针需要在二元和三元硫属化合物的体缺陷的特征。这些缺陷导致了拓扑绝缘体的非理想行为。用$^{125}$ Te核磁共振研究了Bi $_2$ Te $_3$，Sb $_2$ Te $_3$，Bi $_{0.5}$ Sb $_{1.5}$ Te $_3$，Bi $_2$ Te $_2$ Se和Bi $_2$ $_2$ Te $_2$ S.缺陷的分布引起粉末线形的不对称性。我们展示了如何骑士移位，线的形状和自旋晶格弛豫报告载流子密度，自旋轨道耦合和相分离的散装。本研究证实了有序三元化合物Bi $_2$ Te $_2$ Se是目前最好的TI候选材料。我们的研究结果，这是在良好的协议与运输和ARPES研究，帮助建立NMR探针作为一个有价值的方法来表征这些材料的本体属性。
Large-scale defects hidden inside a topological insulator grown onto a 2D substrate
拓扑绝缘体（TI）材料是集成到下一代存储器和逻辑器件中的令人兴奋的候选材料，因为它们具有高效、低能耗的磁化切换的潜力。具体地，铋硫族化物家族提供有效的自旋-电荷转换，因为其大的自旋-轨道耦合和表面态的自旋-动量锁定。然而，实现TI的承诺的一个主要障碍是薄膜材料的质量，这落后于外延生长的半导体。与后一种系统相反，Bi硫族化物通过范德华外延形成，这使得它们能够成功地生长在具有不同程度晶格失配的衬底上。这种灵活性使得能够将TI集成到具有新兴材料（包括二维材料）的异质结构中。然而，了解和控制TI膜内的局部特征和缺陷对于实现突破性器件性能至关重要。在这里，我们报告的观测和建模的大规模的结构缺陷（Bi，Sb）$_2$ Te $_3$薄膜生长到六方氮化硼，突出了意想不到的破坏旋转的薄膜和沿晶界共存的第二相。使用第一性原理计算，我们表明，这些缺陷可能会对依赖于这些TI薄膜的器件产生相应的影响，因此它们不能被忽略。
Ab-initio Theory of Fourier-transformed Quasiparticle Interference Maps and Application to the Topological Insulator Bi$_2$Te$_3$
准粒子干涉（QPI）技术是一种强大的工具，它可以揭示材料的电子结构的结构和性质，并结合表面缺陷的散射性质。最近，这种技术在证明拓扑绝缘体的表面状态的独特性质方面起到了关键作用，这种表面状态在没有背散射的情况下表现出来。在这项工作中，我们推导出一个格林函数为基础的形式主义的傅立叶变换QPI图像的从头计算。我们展示了我们的新的实施例中的QPI的磁性和非磁性缺陷周围形成的Bi $_2$ Te $_3$表面的效率。这种方法可以加深理解的拓扑保护的电子的散射性质的缺陷，并可以在量子材料的研究在未来的一个有用的工具。
Visualizing the interplay of Dirac mass gap and magnetism at nanoscale in intrinsic magnetic topological insulators
在内禀磁性拓扑绝缘体中，狄拉克表面态能隙是量子反常霍尔态和轴子绝缘态的先决条件。然而，要在非纳米比亚实验性的基础上确定这些差距，已证明是一项挑战。在这里，我们使用分子束外延生长本征MnBi_2 Te_4薄膜。使用扫描隧道显微镜/光谱，我们直接可视化狄拉克质量间隙和它的消失低于和高于磁序温度。我们进一步揭示了狄拉克质量间隙和局部磁缺陷的相互作用。我们发现，在高缺陷区，狄拉克质量间隙崩溃。从头算和耦合狄拉克锥模型计算提供了深入了解缺陷密度和空间间隙变化之间的相关性的微观起源。该工作提供了明确的识别的狄拉克质量间隙在MnBi 2 Te 4，并通过揭示其间隙变化的微观起源，建立了一个材料设计原则，实现奇异态的内禀磁性拓扑绝缘体。
Tailoring Kinetics on a Topological Insulator Surface by Defect-Induced Strain: Pb Mobility on Bi2Te3
基于Bi $_{2}$ Te $_{3}$型拓扑绝缘体（TI）的异质外延结构表现出奇异的量子现象。为了最佳地表征这些现象，需要在这样的TI上的膜生长期间控制界面结构。在这个过程中，吸附原子的迁移率是一个关键因素。研究表明，在Si（111）-7 $\times$ 7衬底上生长的Bi $_{2}$ Te $_{3}$（111）薄膜中，由于点状缺陷的存在，在薄膜表面产生了工程局部应变ε，从而改变了Pb在Bi $_{2}$ Te $_{3}$（111）表面的迁移率.用扫描隧道显微镜观察了Pb在Bi $_{2}$ Te $_{3}$（111）表面上的吸附能和扩散势垒EPDMATHABMP，并对吸附能和扩散势垒进行了第一性原理密度泛函理论（DFT）分析.令人惊讶的是，由于在临界拉伸应变ε $_{c}$ 0.8%处稳定吸附位点的位置出现分叉，E $_d$显示出对ε的尖点样依赖性。这构成了一个非常不同的应变依赖性的扩散率从所有以前的研究集中在传统的金属或半导体表面。动力学Monte Carlo模拟铅沉积，扩散，不可逆聚集结合DFT结果揭示吸附原子和集群分布与我们的实验观察兼容。
Effects of Defects and Dephasing on Charge and Spin Currents in Two-Dimensional Topological Insulators
利用非平衡Keldysh Green函数方法，研究了缺陷对二维拓扑绝缘体（TI）电子结构和输运性质的影响。我们演示了如何在拓扑保护的边缘和体状态之间的空间电荷流的变化，并表明，弹性和非弹性散射缺陷，保持TI的时间反演对称性，导致定性不同的影响TI的局部电子结构和它的输运性质。此外，我们表明，最近预测的通过磁缺陷破坏TI的时间反演对称性来产生高度自旋极化电流的能力[Phys. Rev. B 93，081401（2016）]对于包含Rashba自旋轨道相互作用和失相的影响是稳健的，并且不受TI参数变化的影响。我们讨论了如何在对称操作下，如反向偏置和栅极电压，或空间反射的诱导自旋电流的符号的变化。最后，我们表明，洞察到的磁缺陷的拓扑结构和对称性之间的相互作用，可以用于创建新的量子现象，如高度本地化的磁场内TI。
对主体材料中单个掺杂剂原子的作用的详细理解对于半导体工业中的持续小型化至关重要，因为电子的局部充电和捕获可以完全改变器件的行为。类似地，由于掺杂剂可以将莫特绝缘体转变为高温超导体，因此它们在原子尺度上的电子行为非常令人感兴趣。由于传统的扫描隧道显微镜的时间分辨率有限，在这些系统中的大多数原子尺度的研究集中在掺杂剂对电子结构的时间平均效应。在这里，通过使用原子尺度的散粒噪声测量在掺杂的莫特绝缘体Bi $_{2}$ Sr $_{2}$ CaCu $_{2}$ O $_{8+x}$，我们可视化亚纳米尺寸的对象，其中显着的动态导致增强的隧穿电流噪声至少一个数量级。从位置，电流和能量的依赖性，我们认为，这些缺陷是氧掺杂剂原子，在以前的扫描探针的研究，其局部环境导致电荷动态，强烈影响隧道机制中未考虑。这些掺杂剂的非常规行为开辟了在原子尺度上动态控制掺杂的可能性，使得能够直接可视化局部充电对例如高T $_{\text{c}}$超导性的影响。
Electronic standing waves on the surface of the topological insulator Bi2Te3
金属表面上的线缺陷在电子局域态密度（LDOS）中引起驻波。在远离线缺陷处，LDOS振荡的波数通常等于费米等值线嵌套段之间的距离，并且LDOS振荡的包络线在远离线缺陷处呈现幂律衰减。在这里，我们从理论上分析的LDOS振荡接近线缺陷的表面上的拓扑绝缘体Bi 2 Te 3，并确定一个重要的前渐近贡献与波数和衰减特性显着不同的渐近贡献。表征前渐近LDOS振荡的波数与来自扫描隧道显微镜实验的最新数据很好地一致[Phys. Rev. Lett. 104，016401（2010）]。
Demonstration of Robust Chiral Edge Transport in Field-Induced Chern Insulator MnBi2Te4 Devices with Engineered Geometric Defects
International Center for Quantum Materials, School of Physics, Peking University（北京大学物理学院量子材料国际中心）；Beijing Key Laboratory of Quantum Devices, Peking University（北京大学北京量子器件重点实验室）；State Key Laboratory of Quantum Functional Materials, and ShanghaiTech Laboratory for Topological Physics, School of Physical Science and Technology, ShanghaiTech University（上海科技大学物理科学与技术学院量子功能材料国家重点实验室及拓扑物理上海科技大学实验室）；National Laboratory of Solid State Microstructures, Collaborative Innovation Center of Advanced Microstructures, and School of Advanced Manufacturing Engineering, Nanjing University（南京大学先进微结构协同创新中心固体微观结构国家重点实验室先进制造工程学院）；National Laboratory of Solid State Microstructures, Collaborative Innovation Center of Advanced Microstructures, and School of Physics, Nanjing University（南京大学固体微观结构国家重点实验室先进微结构协同创新中心物理学院）；Atom Manufacturing Institute（原子制造研究所）；Hefei National Laboratory（合肥国家实验室）；Collaborative Innovation Center of Quantum Matter（量子物质协同创新中心）
Effect of surface defects and few-atomic steps on the local density of states of the atomically-clean surface of topological insulator Bi$_2$Se$_3$
本文报道了拓扑绝缘体Bi $_2$ Se $_3$的原子级洁净（111）表面的超高真空低温扫描隧道显微镜（STM）和光谱（STS）研究结果。我们观察到几种类型的新的亚表面缺陷，其位置和电荷对应于生长的晶体的p型导电。热电效应的符号也指示p型传导。STM和STS测量表明，化学势总是位于体带隙内。我们还观察到在研究表面的五重层台阶附近的局部态密度的变化。这种变化对应于狄拉克锥位置的移动或台阶边缘附近的化学势的移动。
