Bulk and surface states carried supercurrent in ballistic Nb-Dirac semimetal Cd3As2 nanowire-Nb junctions
三维狄拉克半金属在所有三个动量方向上都有体狄拉克锥和费米弧状表面态，并且可以通过打破时间反演对称性转换为外尔半金属。然而，在狄拉克半金属中，高导电的体态通常掩盖了电子输运。在这里，我们展示了超导体和表面状态进行Nb-Cd_3As_2超导-Nb短和长结，分别。对于1 μ m长的结，观察到了Fabry-Perot干涉引起的临界超导电流振荡，表明超导电流携带的表面态是弹道输运，其中体态是退相干的，而拓扑保护的表面态仍然保持相干.此外，在长结中观察到超导圆顶，这归因于表面态和体态之间的相互作用增强的退相作为调谐栅极电压以增加载流子密度。拓扑半金属纳米线的超导电性在将Majorana费米子编织到拓扑量子计算中具有重要的应用前景。
2018-03-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Phonon-induced magnetoresistivity of Weyl semimetal nanowires
我们研究了无无序圆柱形外尔半金属纳米线的纵向磁输运。我们的理论包括一个磁通量$Φ$穿透纳米线和捕获有限曲率的费米弧表面布里渊区通过一个边界角$α$。电子背散射声学声子通过变形势导致有限的电阻率，我们评估通过半经典玻尔兹曼方法。我们发现，低能量的运输是由表面状态，其中运输观测是高度敏感的角度$α$和Aharonov-Bohm相位由于$Φ$。一般的子带色散关系允许一对或两对费米点。在后一种情况下，节点内反向散射是可能的，这意味着比单个费米点对更大的参数电阻率。其结果是，大的和突然的电阻率变化发生在一个给定的子带中的费米点对不同数量的参数区域分离的过渡点。
2021-10-11 cond-mat.mes-hall
Connecting the dots: Time-reversal symmetric Weyl Semimetals with tunable Fermi arcs
我们提出了一个单参数族的非相互作用的晶格模型的外尔半金属与4个外尔节点和可调费米弧。这些2带模型哈密顿量与$\mathrm{T}^2 = + 1$是时间反演对称的，并且调整参数连续地改变费米弧的连通性，而不影响体布里渊区中Weyl节点的位置和手征。体极化和磁化强度随该参数而变化，这种依赖关系不能用低能有效场论来描述。
2016-08-03 cond-mat.mes-hall
Aharonov-Bohm oscillations in Dirac semimetal Cd3As2 nanowires
三维狄拉克半金属是石墨烯的三维类似物，是一种不寻常的量子材料，具有无质量的狄拉克费米子，可以通过打破时间反转或反转对称进一步转换为Weyl费米子。费米弧的拓扑表面状态的表面上的预测，并已观察到的角度分辨光电子能谱实验。虽然体狄拉克锥的奇异输运性质已经被证明，它仍然是一个挑战，通过传输测量，由于高导电的体态揭示表面状态。在这里，我们显示Aharonov-Bohm振荡在个别单晶Cd 3As 2纳米线具有低载流子浓度和大的表面体积比，提供三维狄拉克半金属的表面态的传输证据。此外，量子输运可以通过使用栅极电压调节费米能级来调制，从而能够更深入地理解狄拉克半金属中的丰富物理。
2016-03-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Quantum dots formed in three-dimensional Dirac semimetal Cd$_3$As$_2$ nanowires
我们证明了量子点（QD）的形成在三维狄拉克半金属镉$_{3}$作为$_{2}$纳米线使用两个静电调谐的p $-$ n结的栅极和磁场。在高磁场下测量的线性电导作为栅极电压的函数在接近零电导的狄拉克点处被强烈抑制，显示出强的电导振荡。值得注意的是，在这种制度下，Cd $_{3}$ As $_{2}$纳米线器件表现出库仑金刚石特征，表明在狄拉克半金属纳米线中形成了干净的单量子点。我们的研究结果表明，一个p $-$型量子点可以形成之间的两个n $-$型导线下面的金属接触的纳米线，通过施加栅极电压在强磁场。对无带隙能带结构中量子限制的分析证实了在高磁场下在p $-$型量子点和两个相邻的n $-$型引线之间形成的p $-$ n结由于回旋运动而表现为电阻性隧道势垒，从而抑制了Klein隧穿。在磁场诱导的约束下，p $-$型量子点表现为单空穴填充.我们的研究结果将为基于Dirac和Weyl半金属的量子点或量子点接触等量子器件开辟一条道路。
2018-12-16 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
Weyl Semimetals, Fermi Arcs and Chiral Anomalies (A Short Review)
物理学家发现了一种新的拓扑半金属--外尔半金属，它的表面具有非封闭的费米面，而体中的低能准粒子则以外尔费米子的形式出现。在这里，他们分享了对发展的简要回顾，并提出了对下一步的看法。
2016-12-07 cond-mat.mes-hall
Fermi arcs of topological surface states in multi-Weyl Semimetals
采用连续介质模型，系统地研究了三维多Weyl表面半金属拓扑表面态的费米弧。本文用解析方法计算了具有单一外尔点的二次和三次外尔半金属的能谱和波函数。系统地研究了具有单对和双对Weyl点的Weyl半金属拓扑表面态的费米弧。研究了表面态费米弧随边界参数变化的演化规律，清楚地证明了费米弧连接的拓扑Lifshitz相变。此外，利用拉格朗日方法推导了Weyl半金属双平行平板边界的边界条件。
2021-11-02 cond-mat.mes-hall quant-ph
Fermi-arcs mediated transport in surface Josephson junctions of Weyl semimetal
该研究探究外尔半金属表面约瑟夫森结中费米弧介导的输运，分析不同对称性破缺及外场下的电流振荡规律，并用散射理论网络模型解释，揭示振荡与外尔节点间距等参数的关联。
2024-01-26 cond-mat.mes-hall
Higher-order topological semimetals and nodal superconductors with an order-two crystalline symmetry
利用三维拓扑无隙相和二维拓扑有隙相之间的系统关系，我们确定了四种类型的高阶拓扑半金属或节点超导体（HOTS），（i）晶体铰链处的平坦零能“费米弧”，（ii）与表面狄拉克锥共存的平坦零能铰链弧，（iii）手征或螺旋铰链模式，或（iv）仅在有限动量下连接节点的平零能铰链弧。体积边界对应关系的铰链状态的体积拓扑保护节点或回路。我们对所有具有二阶晶体（反）对称性（如镜像、二重旋转或反转）的十路类HOTS进行分类。
2022-07-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Discovery of a Weyl Fermion Semimetal and Topological Fermi Arcs
我们报道了TaAs中Weyl费米半金属和拓扑费米弧的发现
2015-07-19 cond-mat.mes-hall
Dispersion of Fermi arcs in Weyl semimetals and their evolutions to Dirac cones
通过构造一个简单的有效模型，研究了外尔半金属相费米弧的色散。我们计算了表面费米弧色散的顶部和底部的表面合并成体狄拉克锥在Weyl半金属在两端的弧，并表明，他们有相反的速度。这一结果也证实了使用紧结合模型的计算。此外，通过改变系统中的一个参数，同时保持时间反演对称性，我们证明了当系统从Weyl半金属过渡到拓扑绝缘体相时，两个费米弧演化为一个表面狄拉克锥.我们还表明，表面终端的选择影响配对的外尔节点，从费米弧的形成。
2014-06-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
$β$-CuI: a Dirac semimetal without surface Fermi arcs
具有费米弧的反常表面态通常被认为是狄拉克半金属（DSM）的指纹。然而，与外尔半金属相反，DSM的费米弧不受拓扑保护。利用第一性原理计算，我们预言$β$ -CuI是一种特殊的DSM，其表面态形成封闭的费米口袋而不是费米弧.在这样的费米狄拉克半金属中，从费米弧到费米口袋的变形机制源于保持所有晶体对称性的大立方项，以及表面和体狄拉克点之间的小能量差。$β$ -CuI中的立方项在原型DSM中通常可以忽略不计，由于其特殊的晶体结构而变得相关。因此，我们建立了一个具体的物质的例子，表现出缺乏拓扑保护的表面费米弧在DSM
2018-01-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Universal signatures of Fermi arcs in quasiparticle interference on the surface of Weyl semimetals
外尔半金属是一类新发现的三维拓扑材料，其价带和导带在体相中具有线性接触。在这些材料中，拓扑起源的最引人注目的特性，迄今为止只在光电发射实验中明确观察到，是在边界处存在开放的恒定能量轮廓-所谓的费米弧。在这项工作中，我们建立了费米弧贡献的表面准粒子干涉的普适特性。使用一般的唯象模型，我们确定定义干涉图案源于费米弧的存在，在表面能带结构。然后，我们跟踪这些模式在两个简单的紧束缚模型和现实的从头计算。我们的研究结果表明，明确的签名费米弧可以观察到现有的和拟议的外尔半金属使用扫描隧道光谱。
2016-01-26 cond-mat.mes-hall
Fermi arcs and DC transport in nanowires of Dirac and Weyl semimetals
研究了Dirac和Weyl半金属圆柱纳米线的输运性质和电子态，特别关注了表面费米弧的结构和性质。后者使纳米线中的电荷和电流密度分布强烈不均匀，因为大部分电荷密度积聚在表面。结果表明，外尔半金属线也支持磁化电流主要集中在表面，因为费米弧的贡献。通过使用久保线性响应方法，直流（DC）电导率的计算，发现它的空间分布是非平凡的。通过明确分离的表面和体状态的贡献，它表明，当电化学势和/或线的半径是小的，电子输运主要由费米弧和电导率是在表面比在体高得多。由于表面-体相转变速率的增加，表面态对总电导率的相对贡献随着化学势的增加而逐渐减小。此外，当费米能级穿过表面态的能量时，表面处的DC电导率表现出明显的峰值。
2020-02-21 cond-mat.mes-hall
Quantum oscillations from generic surface Fermi arcs and bulk chiral modes in Weyl semimetals
我们重新研究了外尔半金属中表面费米弧和手征模的量子振荡问题。通过引入两种工具-半经典相空间量子化和Weyl半金属的分层结构的数值实现-我们发现了几个重要的概括以前的结论，隐式定制的特殊情况下，相同的费米弧的顶部和底部表面。我们表明，相空间量子化图片固定在以前使用的能量-时间量子化方法的模糊性，并正确地再现了数值计算的量子振荡的两个表面上的明显弯曲的费米弧的通用Weyl半金属。基于这些方法，我们确定了一个“魔术”的磁场角度，量子振荡变得独立于样品厚度，具有显着的实验意义。我们还分析了这些量子振荡无序的稳定性，并表明，高场振荡预计将持续在样品的厚度参数超过量子平均自由程。
2015-12-18 cond-mat.mes-hall
Weyl Semimetal from the Honeycomb Array of Topological Insulator Nanowires
我们发现，孤立的Weyl节点可以出现在一个系统中的并行拓扑绝缘体纳米线排列在蜂窝状的方式。这介绍了另一个理论的例子拓扑半金属相与一对以上的外尔节点，由于其简单的形式的哈密顿量，它可以用来研究各种有趣的现象与此相关联。我们的结果强调，根据分离的Weyl节点的拓扑电磁响应可能会出现或可能不会出现，两对可能有整体抵消净异常霍尔电导率的贡献。
2012-11-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
From surface Fermi arcs to Fermi loops in the Dirac semimetal Cd3As2
本研究通过栅压依赖的自旋输运和量子振荡测量，在表面修饰的狄拉克半金属Cd3As2纳米片中实验揭示费米弧到费米环的演化，为狄拉克半金属拓扑态转变提供见解，助力高性能自旋电子器件研发。
2025-02-11 cond-mat.mes-hall
Helical Fermi arcs and surface states in time-reversal invariant Weyl semimetals
外尔半金属是一种三维无隙拓扑材料，其中两个带在布里渊区的偶数个点处接触。在这项工作中，我们研究了锌晶格模型实现了时间反演不变的外尔半金属。体动力学由12个螺旋外尔节点描述。表面态形成了一种特殊的准二维螺旋金属，与拓扑绝缘体的典型狄拉克形式有着根本的不同。低能表面激发的速度和自旋的允许方向被锁定在立方对称轴上。所研究的系统说明了一般性质的表面态的系统中常见的晶体对称性。
2013-07-09 cond-mat.mes-hall
RKKY interaction in Weyl semimetal nanowires
本文在 RKKY 理论框架内研究了外尔半金属纳米线表面局部杂质间的有效耦合，发现手性费米弧表面态介导的相互作用因自旋动量锁定形成不同主导通道，并解析了体态与表面态贡献的标度差异，确立了该体系在模拟自旋模型中的多功能平台地位。
2025-10-12 cond-mat.mes-hall
Generic coexistence of Fermi arcs and Dirac cones on the surface of time-reversal invariant Weyl semimetals
外尔半金属的标志是在它们的表面上存在开放的恒定能量轮廓-所谓的费米弧-连接外尔点。在这里，我们表明，对于时间反演对称实现的外尔半金属这些费米弧在许多情况下共存的封闭费米口袋源自表面狄拉克锥钉在时间反演不变的动量。费米口袋的存在是必需的某些费米弧连通性，由于额外的限制所施加的六个$\mathbb{Z}_2$拓扑不变量表征一个通用的时间反演不变外尔半金属。我们表明，费米弧连接的变化通常会导致不同的拓扑结构的表面费米表面，并确定半Heusler化合物LaPtBi下的面内压缩应变作为实现这种表面Lifshitz转变的材料。我们还讨论了这种共存在准粒子干涉谱中的普遍特征。
2017-08-18 cond-mat.mes-hall
A semiclassical approach to surface Fermi arcs in Weyl semimetals
我们提出了一个半经典的解释外尔半金属的表面费米弧的形态。将表面态看作是一个二维的费米气体，同时考虑能带弯曲和Berry曲率，我们证明了正是速度和动量之间的不平行性导致了费米弧的螺旋结构.我们映射出费米弧的速度场为一个单一的外尔点和一个晶格的两个外尔点。我们还研究了磁场中Dirac半金属的表面磁等离子体，发现漂移运动、手征磁效应和Imbert-Fedorov位移都参与了表面费米弧的形成。我们的工作不仅为研究表面费米弧提供了一个有意义的视角和一种寻找表面色散的实用方法，而且为用半经典方法研究拓扑半金属表面态的其他物理性质，如输运性质和轨道磁化强度铺平了道路。
2022-07-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Detection of Fermi Arcs in Weyl Semimetals through Surface Negative Refraction
外尔半金属的主要特征之一是在其表面存在费米弧表面态，这在没有多体相互作用的纯二维系统中是不能实现的。然而，由于半金属的无间隙体积，观察费米弧表面态的清晰特征具有挑战性。在这里，我们建议通过完美的负折射，发生在两个相邻的开放表面之间的费米弧正确取向检测这种新的表面状态。具体地说，这种现象明显地表现在非局部传输测量中，其中负折射在实空间电导中产生返回峰。这提供了费米弧表面态的独特特征。我们讨论了这一峰值的出现在反演和时间反演对称Weyl半金属，后者表现出电导振荡由于多个负折射散射事件。
2020-03-12 cond-mat.mes-hall
Friedel oscillations due to Fermi arcs in Weyl semimetals
外尔半金属具有不寻常的表面状态，称为费米弧，它基本上是二维费米表面的不相交部分。我们描述了一个处方，获得任意形状和连接的费米弧堆叠交替的二维电子和空穴费米表面，并添加适当的层间耦合。使用这个处方，我们计算的局部态密度-一个直接相关的扫描隧道显微镜-在一个Weyl半金属表面上的点散射体的存在下，并提出一个特定的模型，预计将适用于烧绿石铱酸Weyl半金属的结果。对于薄的样品，费米弧在相对的表面合谋允许嵌套的背散射，导致强烈的弗里德尔振荡的表面上。随着样品厚度的增加，这些振荡消失，底部表面的费米弧后退，由于顶部表面费米弧之间的散射，微弱的振荡幸存下来。表面光谱功能-访问光电发射实验-也计算。在热力学极限下，这种计算可以解析地进行，并且可以看到费米弧和体态的单独贡献。
2012-08-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Gate-tunable anisotropic Josephson diode effect in topological Dirac semimetal Cd$_3$As$_2$ nanowires
MESA+ Institute for Nanotechnology, University of Twente（特温特大学介观纳米技术研究所）；State Key Laboratory for Mesoscopic Physics and Frontiers Science Center for Nano-optoelectronics, School of Physics, Peking University（北京大学物理学院介观物理国家重点实验室与前沿纳米光电科学中心）
本研究通过Cd₃As₂纳米线约瑟夫森结观察到可调谐且各向异性的约瑟夫森二极管效应，揭示了拓扑超导态的存在。
2026-03-10 cond-mat.mes-hall
Transport, refraction and interface arcs in junctions of Weyl semimetals
本文研究了低能电子输运在两个磁性Weyl半金属结中的输运，其中各向异性轴相互倾斜。使用一个两带模型与潜在的步骤，我们计算正常和克莱因隧道的传输因子和界面的折射特性作为倾斜角的函数。我们表明，接口作为一个分束器，分离电子与不同的手征。我们还描述了界面状态，只出现有限的倾斜角，连接的费米面的投影两侧的交界处，我们讨论了运输效果，由于它们的相互作用与费米弧。
2022-07-14 cond-mat.mes-hall
Giant negative magnetoresistance induced by the chiral anomaly in individual Cd3As2 nanowires
Cd_3As_2是一种新型的狄拉克半金属，在三个动量方向上都具有线性色散，可以看作是石墨烯的三维模拟物。Dirac半金属的时间反演对称性或空间反演对称性破缺后，将转变为具有奇异手征反常效应的Weyl半金属，而Cd 3As 2中手征反常的实验证据尚不清楚。在这里，我们报告的个别Cd 3As 2纳米线的磁输运性质。当磁场与电场方向平行时，在60 K和300 K下分别观察到-63%和-11%的负磁阻效应，证实了Cd 3As 2纳米线的手征磁效应.此外，临界磁场BC，其中有一个极值的负MR，随着温度的升高而增加。作为在Cd 3As 2纳米线中首次观察到的手征异常诱导的负MR，这可能为Dirac半金属的低维物理提供有价值的见解。
2015-04-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Fermi arcs formation in Weyl semimetals: the key role of intervalley interaction
我们提出了一个分析模型描述费米弧表面状态观察到的外尔半金属的最新研究。有效的两谷哈密顿量补充的边界条件，同时考虑到intravalley和intervalley界面的相互作用。我们证明，后者是至关重要的表面状态的形成具有与实验数据一致的形式。根据谷内和谷间相互作用的大小和相互作用，费米弧连接两个附近或遥远的山谷。此外，额外的费米轮廓（不与韦尔点相交的闭合曲线）的出现可以用最简单的四谷近似来理解。这些结果为寻找外尔半金属在外场作用下的新效应提供了可能。
2017-02-26 cond-mat.mes-hall
Fermi arcs around magnetic domain walls in a compensated ferrimagnetic Weyl semimetal Ti$_2$MnAl
本研究针对补偿亚铁磁外尔半金属Ti$_2$MnAl，通过有效紧束缚模型分析发现其磁畴壁诱导的费米弧源于外尔点位置移动与陈数，是不依赖畴壁宽度的拓扑鲁棒态。
2025-03-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Dynamical density and spin response of Fermi arcs and their consequences for Weyl semimetals
外尔半金属具有奇异的费米弧表面态，这对它们的电磁性质有很大的影响。我们推导出解析表达式的复合密度自旋响应张量的所有组件的表面状态的Weyl半金属模型通过关闭带隙的拓扑绝缘状态，并引入一个时间反演的破缺项。在此基础上，我们讨论了密度-自旋响应引起的电磁极化率、电流响应以及其它物理效应。我们发现一个磁电效应所造成的费米弧。我们还讨论了在无规相位近似下电子-电子相互作用的影响，并研究了费米弧态形成的表面等离子体的色散。我们的工作对于理解费米弧的电磁和光学性质是有用的。
2020-04-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Semimetallicity and Negative Differential Resistance from Hybrid Halide Perovskite Nanowires
在快速发展的有机金属卤化物钙钛矿领域，尺寸减小可以为器件应用开辟新的机会。本文以最近合成的三甲基锍三碘化铅（CH $_3$）$_3$ SPbI $_3$钙钛矿为代表，进行了第一性原理计算，研究了卤化物钙钛矿纳米线的纳米结构和器件应用。我们发现一维（1D）（CH $_3$）$_3$ SPbI $_3$结构是稳定的，并且在1D水平上可以很好地确定高维结构的电子结构.值得注意的是，由于面共享[PbI $_6$ ]八面体原子结构，有机配体去除的1D PbI $_3$框架也被发现是稳定的。此外，PbI $_3$柱避免了Peierls畸变并呈现半金属特征，与半导体金属-卤素无机框架的常规假设相矛盾。采用由（CH $_3$）$_3$ SPbI $_3$亚5 nm尺寸的通道夹在PbI $_3$电极之间构成的成束纳米线结，我们最终获得了高电流密度和大的室温负微分电阻（NDR）。需要强调的是，NDR起源于（CH $_3$）$_3$ SPbI $_3$ -PbI $_3$接触的近欧姆特性和涉及沟道和电极状态之间的量子力学杂化的新型NDR机制的组合。我们的工作证明了低维混合钙钛矿对先进电子器件的巨大潜力，超越了积极追求的光子应用。
2018-12-03 cond-mat.mes-hall
Observation of surface states derived from topological Fermi arcs in the Weyl semimetal NbP
最近在TaAs中发现的Weyl半金属提供了自然界中Weyl费米子的第一次观察，并展示了一种由费米弧组成的新型异常表面态能带结构。到目前为止，工作主要集中在具有强自旋轨道耦合（SOC）的Weyl半金属上。然而，具有弱SOC的Weyl半金属可以允许用于器件应用的可调谐自旋分裂，并且可以表现出到无自旋拓扑相的交叉，例如在无自旋TaAs的情况下的狄拉克线半金属。NbP与TaAs同构，在弱SOC极限下可实现第一Weyl半金属，本文利用角分辨光电子能谱（ARPES）研究了NbP的表面态，发现仅根据实验数据，我们发现了$\textit{cannot}$费米弧。我们用$\textit{ab initio}$方法计算了NbP的表面态，发现由于Weyl点太近，费米能级太低，无论是直接测量费米弧还是计算闭合路径上边缘模的手征度，都不能显示费米弧，尽管如此，我们的实验数据和数值计算结果之间的良好一致性表明NbP是Weyl半金属，与TaAs一致，并且我们观察到从费米能级以上的拓扑费米弧连续演化的平凡表面态。基于这些结果，我们提出了一个稍微不同的费米弧判据，与上面的（1）和（2）不同，它不需要我们解析外尔点或表面态的自旋分裂。我们建议，提高费米能级的$> 20$毫电子伏将有可能观察到费米弧使用此标准在NbP。我们的工作提供了深入了解Weyl半金属与弱自旋轨道耦合，以及交叉从自旋拓扑Weyl半金属的无自旋拓扑狄…
2015-09-24 cond-mat.mes-hall
Magnetic Breakdown and Chiral Magnetic Effect at Weyl-Semimetal Tunnel Junctions
本文研究Weyl半金属界面Fermi弧的同手性连接对磁输运的影响，发现纵向磁场下产生每磁通量子e²/h的普适纵向磁导，并揭示弱隧道耦合引发的磁击穿导致高场下电导饱和。
2023-02-20 cond-mat.mes-hall
Chiral Topological Semimetal with Multifold Band Crossings and Long Fermi arcs
具有手征结构晶体中的拓扑半金属（由于缺乏镜像和反转对称性而具有旋向性）被期望显示出许多奇异的物理现象，包括具有大拓扑电荷的费米激发[1]、长费米弧表面态[2，3]、不寻常的磁输运[4]和晶格动力学[5]，以及对圆偏振光的量子化响应[6]。迄今为止，所有实验证实的拓扑半金属都存在于包含镜像操作的晶体中，这意味着这些性质不会出现。在这里，我们表明，AlPt是一个结构手性拓扑半金属，主机新的四重和六重费米子，这可以被看作是一个更高的自旋广义外尔费米子没有等价的基本粒子物理。这些多重费米子位于高对称点，并且具有比外尔半金属更大的陈数，从而导致多个费米弧跨越表面布里渊区的整个对角线。通过对这些长费米弧进行成像，我们通过实验确定了它们的陈数的大小和符号，使我们能够将它们的色散与它们的宿主晶体的手性联系起来。
2020-03-25 cond-mat.mes-hall
Criteria for directly detecting topological Fermi arcs in Weyl semimetals
最近在TaAs中发现的第一个Weyl半金属提供了自然界中Weyl费米子的第一次观察，并证明了一种新型的异常表面状态，费米弧。像拓扑绝缘体一样，外尔半金属的体拓扑不变量由体样品的表面态唯一固定。在这里，我们提出了一组不同的条件，可通过角分辨光电子能谱（ARPES），其中每一个演示拓扑费米弧的表面状态能带结构，与最小的依赖计算。我们将这些结果应用到TaAs和NbP。第一次，我们严格证明了非零陈数在钽砷通过计数手性边缘模式的闭环。我们进一步指出，在现有的实验分辨率和谱线宽度范围内，用ARPES直接观测NbP中的费米弧是不合理的。我们的结果是一般性的，适用于任何新的材料，以证明外尔半金属。
2016-01-17 cond-mat.mes-hall
Three-component fermions with surface Fermi arcs in topological semimetal tungsten carbide
拓扑Dirac和Weyl半金属不仅具有类似于高能物理中的基本费米粒子的准粒子，而且具有非平凡的带拓扑，表现为表面上的奇异费米弧。最新的进展提出了新型的拓扑半金属，其中空间对称性保护了无隙电子激发，而没有高能量的类比。在这里，我们观察到三重简并节点（TP）附近的费米能级的WC，其中的低能量准粒子被描述为不同于狄拉克和外尔费米子的三分量费米子。我们进一步观察到表面态的恒定能量轮廓是连接表面投影的费米弧对，证明了新发现的半金属态的非平凡拓扑结构。
2017-06-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Robust non-integer conductance in disordered 2D Dirac semimetals
研究了二维Dirac半金属纳米线在无序情况下的电导$G$。对于一个均匀的纳米线长度$L$由单位细胞的数量，我们发现非整数值的$G$是独立的$L$和持续弱无序，由消失的波动$G$。该效应是由引线和纳米线之间的接触（界面）处的散射效应、纳米线中存在的用于偶$L$的能隙以及2D狄拉克半金属的拓扑性质的组合产生的。与传统材料不同，由于在界面处的散射而减少的$G$在纳米线内部稳定在非整数值，导致弱无序的拓扑相。对于强无序的系统离开拓扑相和$G$的波动增加，因为系统经历了过渡/交叉向安德森本地化（绝缘）相，通过一个非标准的无序相。我们研究了$G$在这些阶段的标度和统计。此外，我们已经发现，稳健的非整数$G$的效果对于奇数$L$消失，这导致整数$G$，其由纳米线中的开放通道的数目确定，由于共振散射。
2022-05-10 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall quant-ph
Experimental observation of topological Fermi arcs in type-II Weyl semimetal MoTe2
外尔半金属是一种新的物质量子态[1-12]，它拥有最初在高能物理中引入的相对论外尔费米子[13]的凝聚态物理对应物。在TaAs类中实现的Weyl半金属具有由拓扑表面态产生的多个费米弧[10，11，14-16]，并表现出新颖的量子现象，例如，手征反常引起负磁电阻[17-19]和可能的超对称性[20]。最近有人从理论上提出，一种新的类型（第二类）的外尔费米子[21]，由于洛伦兹不变性的破坏，在高能物理中没有对应的，可以作为电子和空穴口袋之间的拓扑保护接触出现。在这里，我们报告了预测的II型外尔半金属MoTe 2中拓扑费米弧的直接光谱证据[22-24]。拓扑表面态的确认直接观察表面状态，使用体和表面敏感的角分辨光电子能谱（ARPES），和准粒子干涉（QPI）模式之间的两个假定的费米弧在扫描隧道显微镜（STM）。我们的工作确立了MoTe 2作为第一个实验实现的II型外尔半金属，并开辟了新的机会，探索新的现象，如外来磁输运[21]在II型外尔半金属。
2016-07-31 cond-mat.mes-hall
Electric modulation of the Fermi arc spin transport via three-terminal configuration in the topological semimetal nanowires
自旋动量锁定是拓扑表面态的一个重要特征，在自旋电子学中起着重要的作用。非磁性系统中自旋动量锁定保护下的电流诱导自旋极化的电学探测为自旋电子学的发展提供了一个新的平台，而以前的研究大多是基于磁性材料。本文采用三端几何结构研究了Dirac半金属Cd_3As_2的自旋输运测量，观察到了高阻态和低阻态的磁滞回线信号。通过反转电流方向来反转滞后，这说明了Cd 3As 2的自旋-动量锁定特征。此外，我们通过三端结构对费米弧的电调制实现了自旋信号的通断状态，这使得Cd 3As 2在自旋场效应晶体管中具有很大的潜力。
2022-12-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Field-Effect Transistor based on Surface Negative Refraction in Weyl Nanowires
外尔半金属的特征在于它们的体外尔点-携带拓扑电荷的锥形带接触点-以及材料表面上外尔点之间的费米弧状态。近年来，外尔半金属物理性质的研究取得了重大进展。然而，潜在的应用仍然相对稀少。在这里，我们提出外尔半金属纳米线作为场效应晶体管，称为WEYLFET。具体地，沿着纳米线施加梯度栅极电压，产生有效地倾斜开放表面的电场，从而改变不同表面上的费米弧之间的相对取向。因此，相邻表面之间可以发生完全负折射，并且抑制了沿导线的纵向电导。WEYLFET提供高开/关比和低功耗。由于色散费米弧和表面无序的不利影响进行了研究。
2019-08-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Conductance oscillation in surface junctions of Weyl semimetals
费米弧表面态是外尔半金属中体-边对应的表现形式，引起了人们极大的研究兴趣。与传统的费米环不同，不连续费米弧为探索外尔半金属表面的新物理效应提供了一个奇异的二维系统。在此，我们提出在具有一对费米弧的外尔半金属表面上制作的平面结中可以实现可见的电导振荡。结果表明，二维结内的Fabry-Pérot型干涉可以产生电导振荡，其可见性强烈依赖于费米弧的形状及其相对于条形电极的取向，后者清楚地揭示了费米弧的各向异性。此外，我们表明，振荡图案的可见性可以显着增强的磁场垂直于表面利用体表面连接外尔轨道。我们的工作提供了一个有效的方法来识别费米弧表面状态通过运输测量和预测的Weyl半金属表面作为一个新的平台，实现二维电导振荡。
2021-09-02 cond-mat.mes-hall
Global topology of Weyl semimetals and Fermi arcs
我们提供了一个明显的拓扑分类方案广义外尔半金属，在任何空间维度和任意外尔表面，可能是非平凡的联系。这种分类自然包含了陈式绝缘体的分类。我们的分析细化，在数学上精确的意义上，一些著名的三维结构，占微妙的，但重要的全球方面的拓扑结构的半金属。使用基本的局部性原理，我们推导出一个广义的电荷抵消条件的外尔表面组件。我们分析了对偶变换下的体积边界对应，这揭示了明确的拓扑性质所产生的表面费米弧。我们还分析了移动Weyl点对体积和边界拓扑半金属不变量的影响。
2018-06-21 cond-mat.mes-hall hep-th math-ph
Andreev Reflection in Fermi Arc Surface States of Weyl Semimetals
费米弧表面态是外尔半金属的标志，其识别通常受到与无隙体态共存的挑战。通过在样品边界上制造装置的表面输运测量为这个问题提供了一个自然的解决方案。在这里，我们研究了平面正常金属超导结的外尔半金属表面上的一对费米弧的Andreev反射（AR）。对于守恒的横动量，正常反射的发生取决于费米弧和结法线之间的相对取向，这是费米弧断开的直接结果。因此，从抑制到完美的AR的交叉发生与不同的平面结的取向，从而引起从双峰到平台结构的电导谱的变化。此外，这种交叉可以通过施加磁场来促进，使电子沿着费米弧滑动，以便在AR的两种状态之间切换。我们的研究结果提供了一个决定性的签名费米弧的检测和开放的可能性，探索新的现象，通过它们与超导性的相互作用。
2021-08-26 cond-mat.mes-hall
Radio-Frequency Detection of Fabry-Pérot Interference and Quantum Capacitance in Long-Channel Three-Dimensional Dirac Semimetal Cd3As2 Nanowires
本文通过直流输运与片上超导 LC 谐振器射频反射测量，在长沟道 Cd3As2 纳米线中观测到法布里-珀罗干涉和量子电容振荡，证明弹道输运并展示射频方法在拓扑量子器件中的应用潜力。
2025-09-21 cond-mat.mes-hall
3D quantum Hall effect of Fermi arcs in topological semimetals
量子霍尔效应通常在二维系统中观察到。我们证明了费米弧可以在拓扑半金属中产生独特的三维量子霍尔效应。由于拓扑约束，单个表面处的费米弧具有开放的费米表面，其不能承载量子霍尔效应。通过外尔节点辅助的“虫洞”隧穿，相对表面的费米弧可以形成完整的费米环，并支持量子霍尔效应。费米弧的边缘态显示出独特的三维分布，给出了（d-2）维边界态的一个例子。这与单表面拓扑绝缘体的表面态量子霍尔效应明显不同。当费米能扫过外尔节点时，片霍尔电导率从1/B依赖性演化到外尔节点处的量子化平台。这种行为可以通过调谐拓扑半金属板（例如TaAs族、Cd $_3$ As $_2$或Na $_3$ Bi）中的栅极电压来实现。这项工作不仅对寻找费米弧的输运特征，而且对探索其他拓扑相物质中的新型电子气具有指导意义。
2017-10-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Surface-switchable nonreciprocity protected by Fermi arcs in Weyl semimetal TaAs
RIKEN Center for Emergent Matter Science（理化学研究所凝聚物质科学中心）；Institute of Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院物理研究所）；RIKEN Pioneering Research Institute（理化学所先锋研究本部）；Wuhan National High Magnetic Field Center and School of Physics, Huazhong University of Science and Technology（华中科技大学物理学院及武汉国家高磁场科学中心）；Department of Applied Physics, University of Tokyo（东京大学应用物理系）；Quantum-Phase Electronics Center, University of Tokyo（东京大学量子相电子研究中心）；RIKEN Fundamental Science Program（理化学所基础科学项目）
通过非线性输运测量，在Weyl半金属TaAs中证实了费米弧的手性，并发现其产生拓扑保护的大三阶非互易响应，实现了表面可切换的非线性效应。
2026-06-17 cond-mat.mes-hall
Scattering theory of the chiral magnetic effect in a Weyl semimetal: Interplay of bulk Weyl cones and surface Fermi arcs
我们建立了有限Weyl半金属中手征磁效应的线性响应理论，用Weyl费米子在费米能级上的散射矩阵表示慢振荡磁场$B$或手征化学势$μ$诱导的电流密度$j$.在$δj/δμ$的无限系统极限中，表面传导可以忽略，但对$δj/δB$则不然：无论系统有多大，手性循环的表面费米弧对体外尔锥的贡献都相当，因为它们的数量较少，但通量灵敏度增加。费米弧对$μ^{-1}δj/δB$的贡献具有普适值$(e/h)^2$，受到手性的保护，不受杂质散射的影响-不像相反符号的体贡献。
2016-03-30 cond-mat.mes-hall
Landau levels, Bardeen polynomials and Fermi arcs in Weyl semimetals: the who's who of the chiral anomaly
实现外尔费米子的凝聚态系统表现出惊人的现象，来自其拓扑保护的表面状态，以及由电磁场诱导的手征异常。最近，不均匀的应变或磁化被预测为导致手征电场$\mathbf{E}_5$和磁场$\mathbf{B}_5$，其用附加项修改和丰富手征异常。在这项工作中，我们开发了一种基于晶格的方法来描述手性异常，其中涉及朗道和伪朗道能级，并平等对待所有异常项，同时自然地将费米弧。我们通过物理解释费米弧在协变（费米能级）对异常的贡献中所起的很大程度上被忽视的作用，并重新审视协变和一致（完整带）对异常中的$\mathbf{E}_5\cdot\mathbf{B}_5$项的贡献之间的$1/3$差异因素，来验证其潜力。我们的框架提供了一个多功能的工具，在现实的晶格模型中的异常分析，以及一个简单的物理直观的来源，了解应变和磁化的非均匀外尔半金属。
2019-04-01 cond-mat.mes-hall
Surface-dominant transport in Weyl semimetal NbAs nanowires for next-generation interconnects
本研究通过热机械纳米成型合成了直径最小40 nm的单晶Weyl半金属NbAs纳米线，其室温电阻率低至9.7 +/- 1.6 microOhm-cm，归因于表面主导导电，展现出高击穿电流密度和热导率，有望成为超越铜基限制的下一代互连材料。
2025-03-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Emergent Weyl nodes and Fermi arcs in a Floquet Weyl semimetal
当狄拉克半金属受到圆偏振激光照射时，狄拉克锥分裂成两个外尔节点，并产生一种称为Floquet外尔半金属的非平衡瞬态。我们专注于以前未探索的低频制度，其中的上，下狄拉克带通过多光子过程，这是一个现实的情况下，在固态超快泵浦探测实验相互共振耦合。我们发现一系列新的Weyl节点出现成对的Floquet复制带彼此杂交时。Floquet Weyl半金属的性质与这些Weyl节点的数量、位置和电荷有关，可以随着光的振幅和频率高度调谐。我们利用布里渊-维格纳展开导出了一个有效的低能理论，并在立方晶格上进一步正则化了该理论。从低能哈密顿量中得到的费米电荷可以与我们在数值上发现的晶格上的费米弧的数目相一致。
2016-12-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Entanglement Signature of Hinge Arcs, Fermi Arcs, and Crystalline Symmetry Protection in Higher-Order Weyl Semimetals
纠缠谱（ES）中$1/2$模的存在已被证明是物质的带隙拓扑相的边界态的强有力的量子信息签名，例如，拓扑绝缘体和拓扑超导体，其中有限的体隙允许我们在$1/2$模式和边界状态之间建立清晰的对应关系。在这里，我们研究了最近提出的高阶外尔半金属（HOWSM），其中散装支持无间隙高阶外尔节点和边界支持铰链弧和费米弧。我们发现，明确识别高阶边界态的目标最终促使我们充分利用纠缠汉密尔顿量的本征量：ES以及施密特矢量（纠缠波函数，缩写。EWF）。我们证明，虽然铰链弧和费米弧有助于$1/2$模式，对应于铰链弧和费米弧的EWF分别位于虚拟铰链和表面的分区。此外，我们还可以通过各种不同的破缺配分来确定保护边界态的最小晶体对称性。因此，对于HOWSM等无带隙拓扑相，我们可以结合ES和EWF来普遍识别边界状态和潜在的对称性要求。虽然HOWSM是无间隙相位的典型例子，但我们的工作揭示了物质无间隙拓扑相位中纠缠签名的一般理论。
2022-05-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Fermi arc reconstruction at the interface of twisted Weyl semimetals
三维外尔半金属具有成对的拓扑保护外尔节点，其在表面布里渊区上的投影是称为费米弧的零能量表面态的端点。在费米弧的端点处，表面态延伸到本体中并与本体杂化。在这里，我们考虑一个二维结的两个相同的外尔半金属的表面是扭曲的相对于彼此和隧道耦合。限制我们自己的相称的角度（这样一个较大的单位细胞保持减少平移对称的界面），使我们能够分析隧道耦合的任意强度。我们研究了费米弧在界面处的演化，详细地，作为扭曲角和隧道耦合强度的函数。我们毫不含糊地表明，在某些参数制度，所有的表面状态指数衰减到散装，费米弧成为费米循环没有端点。我们研究了这些表面态的“费米面”的演变，隧道耦合强度的变化。我们表明，费米弧/环的连接性的变化有有趣的签名中的光学电导率的存在下，垂直于表面的磁场。
2021-02-02 cond-mat.mes-hall
Quasiparticle interference of the Fermi arcs and surface-bulk connectivity of a Weyl semimetal
外尔半金属主机拓扑保护的表面状态，与弧形费米表面轮廓，预计通过散装传播时，其动量匹配的散装的外尔节点的表面投影。我们使用光谱映射与扫描隧道显微镜可视化准粒子的散射和干扰外尔半金属钽砷表面。我们的测量揭示了10个不同的散射波矢量，这可以理解和精确地再现与理论，考虑到费米弧表面状态的形状，自旋纹理和动量相关的传播到散装。我们的研究结果提供的证据表明，外尔节点作为这些材料的表面上的电子输运的水槽。
2016-03-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin polarization and texture of the Fermi arcs in the Weyl Fermion semimetal TaAs
外尔半金属是一种新的物质状态，它拥有外尔费米子作为准粒子激发。在零能量下的外尔费米子对应于体带简并点，外尔节点，它们在动量空间中分离，并且仅通过奇异的费米弧表面状态通过晶体的边界连接。我们实验测量的自旋极化的费米弧在实验上发现的第一个外尔半金属TaAs。我们的自旋数据首次揭示了费米弧的自旋极化幅度高达80%，并且具有完全面内的自旋织构。此外，我们证明了TaAs中Weyl节点的手征性不能由费米弧的自旋织构来推断。费米弧的非简并性质对于建立其精确的拓扑性质非常重要，这揭示了弧上的自旋形成了一种新型的二维物质。此外，我们观察到的几乎完全的自旋极化（~80%）可能在自旋电子学应用中有用。
2015-11-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
