Universal scaling for the spin-electricity conversion on surface states of topological insulators
利用自旋抽运技术研究了体绝缘拓扑绝缘体（TI）材料表面态的自旋-电转换。样品结构为Ni-Fe |Cu| TI三层结构，由于Cu层的插入，TI表面的磁邻近效应可以忽略不计。由自旋-电转换产生的电压信号被清楚地观察到，并且随着温度的降低而增强，这与在较低温度下占主导地位的表面输运一致。体态电阻率越高、表面态平均自由程越长的TI样品，自旋-电转换效率越高，与表面自旋-电转换一致。
2016-04-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Giant orbital Hall effect due to the bulk states of 3D topological insulators
本研究聚焦三维拓扑绝缘体的轨道霍尔效应，发现其体态引发的轨道霍尔效应比自旋霍尔效应高最多3个数量级，为提升拓扑绝缘体/铁磁体器件转矩提供了优化方向。
2025-06-17 cond-mat.mes-hall
Oxidation-induced ultrafast spin-to-orbital conversion at heavy-metal interfaces
University of Electronic Science and Technology of China（电子科技大学）；Institute of Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院物理研究所）；Peking University（北京大学）
通过界面氧化在重金属界面实现高效自旋-轨道转换，太赫兹发射时延与W厚度线性相关，证实轨道电流主导，发射幅度比Co/Pt双层大三倍，机制普遍适用于不同重金属。
2026-06-16 cond-mat.mes-hall
Gate-Tunable Spin-to-Charge Conversion in Topological Insulator-Magnetic Insulator Heterostructures at Room Temperature
本研究通过脉冲激光沉积制备拓扑绝缘体/磁性绝缘体异质结构，利用电栅极调控费米能级，实现室温下自旋霍尔角从0.76提升至0.9，为节能自旋电子器件提供新途径。
2025-02-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Orbital-geometric spin response: inter-band coherence versus orbital-to-spin conversion
School of Physics, The University of New South Wales（新南威尔士大学物理学院）
本文揭示了中等自旋-轨道耦合下电感应自旋密度中的轨道几何自旋响应（OGSR），其源于带间相干性，在净轨道角动量消失时仍产生逆流，为优化轨道电子学系统提供指导。
2026-09-14 cond-mat.mes-hall
Efficient Terahertz Generation from CoPt-based Terahertz Emitters via Orbital-to-Charge Conversion
该研究提出基于CoPt合金的轨道电子太赫兹发射器，通过光致轨道电流产生及界面轨道-电荷转换，实现了与高效自旋电子太赫兹发射器相媲美的太赫兹辐射，为高效轨道太赫兹发射器铺平道路。
2024-02-14 cond-mat.mes-hall
Generation of twisted magnons via spin-to-orbital angular momentum conversion
带有轨道角动量的扭曲磁振子引起了磁振子研究界的广泛关注。然而，这种新型磁振子态的制造仍然具有挑战性。本文提出了一种通过自旋-轨道角动量转换生成任意径向和方位角量子数的TM的简单方法。从平面波磁振子扭曲的转换率被证明是不敏感的量子指数。在薄的纳米盘的TM的频谱解析求解，表现出良好的协议与微磁模拟。此外，我们数值研究了TM在磁性纳米盘阵列中的传播，并得到了衰减长度与量子指数的定量关系。我们的结果有助于实现具有大OAM的TM，这是未来大容量磁子通信和计算所不可或缺的。
2022-04-04 cond-mat.mes-hall
Tunable spin-charge conversion through topological phase transitions in zigzag nanoribbons
研究了具有六角晶格的锯齿形磁性准一维纳米带在大的自旋轨道耦合下的自旋轨道矩和电荷泵。这样的系统经历拓扑相变从平凡的带绝缘体的量子自旋霍尔绝缘体无论是通过调整磁化方向或内在的自旋轨道耦合。我们发现，自旋-电荷转换效率（即自旋-轨道扭矩和电荷泵）显着增强的拓扑转变，显示出显着的角度各向异性。
2016-04-29 cond-mat.mes-hall
Non-trivial charge-to-spin conversion in ferromagnetic metal/Cu/Al2O3 by orbital transport
有效的自旋/电荷相互转换是开发创新的基于自旋的器件所期望的。迄今为止，相互转换都是利用重原子元素进行的，重原子元素的强自旋-轨道相互作用通过自旋霍尔效应和Edelstein效应实现相互转换。我们展示了高效的电荷到自旋转换的铁磁金属/Cu/Al 2 O3三层，其中不包含任何重元素。由此产生的自旋扭矩效率高于由诸如Pt和Bi的重元素组成的常规自旋Hall和Rashba系统。我们的实验结果定性偏离所产生的自旋输运的典型行为。然而，它们令人惊讶地与轨道运输产生的行为一致。因此，我们的研究结果表明了一个新的方向，有效的电荷到自旋转换通过轨道运输。
2020-02-25 cond-mat.mes-hall
Spin-to-charge conversion in lateral and vertical topological-insulator/ferromagnet heterostructures with microwave-driven precessing magnetization
利用电荷守恒的Floquet-Green函数方法，研究了在外加时间周期势驱动下，铁磁（F）层旋进磁化（在没有直流偏置电压的情况下）抽运的自旋电流如何{ \em横向}注入到强自旋轨道耦合（SOC）界面，并转化为同向流动的电荷电流.在与实验中使用的Rashba SOC的金属界面的情况下[Nature Comm. { \bf 4}，2944（2013）]，自旋$I^{S_α}$和电荷$I$电流都在其中流动，其中$I/I^{S_α} \simeq$ 2- 8\ %。（取决于旋进锥角），而对于相关实验中采用的F/拓扑绝缘体（F/TI）界面（arXiv：1312.7091）由于在TI表面上的完美的自旋-动量锁定，转换效率大大提高了$I/I^{S_α} \simeq$ 40- 60\ %。当自旋电流以较小的效率$I/I^{S_α} \sim 0.001\%$被泵送{ \em垂直}通过F/TI界面时，也发生自旋-电荷转换，但是电荷电流信号对界面处的狄拉克费米子是有质量的还是无质量的敏感。
2014-07-15 cond-mat.mes-hall
Orbital Magnetization in Insulators: Bulk vs. Surface
有限块物质的轨道磁矩用单体密度矩阵表示为简单迹线。我们解决一个宏观系统，绝缘的散装，我们表明，它的轨道时刻是一个散装长期和表面长期，广泛的总和。后者只发生在横向电导率为非零时，并归因于导电表面状态。对一个模型哈密顿量的模拟验证了我们的理论。
2016-03-22 cond-mat.mes-hall
Chirality-induced Phonon-Spin Conversion at an Interface
本研究探讨手性绝缘体中非平衡手性声子向相邻金属的自旋注入机制，推导界面自旋注入速率的微观公式，揭示手性声子产生自旋电流的微观起源，为无重元素自旋电子器件的研发提供新方向。
2024-11-04 cond-mat.mes-hall
Orbital magnetoelectric coupling of three dimensional Chern insulators
本文研究非零层 Chern 数三维 Chern 绝缘体的轨道磁电响应，提出其空间梯度以 $e^2/h$ 严格量子化的规则，并证明该效应受拓扑保护、抗无序且不依赖晶体对称性。
2025-02-20 cond-mat.mes-hall
Spin and orbital-to-charge conversion in noncentrosymmetric materials: Hall versus Rashba-Edelstein effects
Université de Sherbrooke（舍布鲁克大学）；Aix-Marseille Université（艾克斯-马赛大学）
研究非磁性破反演对称材料中自旋-轨道-电荷转换机制，通过霍尔效应与拉比-爱德华特效应的对比分析，提出基于宏观可观测量的通用理论，并通过GeTe铁电体案例验证，发现有效拉比参数低于以往报告值，表明电荷电流主要由拉比-爱德华特效应主导。
2026-04-09 cond-mat.mes-hall
Polarization and orbital magnetization in Chern insulators: A microscopic perspective
本文从微观视角推导了陈绝缘体零温基态的极化与轨道磁化表达式，发现其轨道磁化与现代理论存在根本差异，并揭示了微观自由电流密度非零但宏观平均为零的特性。
2023-04-16 cond-mat.mes-hall
Orbital dynamics in 2D topological and Chern insulators
在一个相对论量子形式主义，我们研究的磁场在二维拓扑和陈氏绝缘体的应用所造成的二阶修正的作用。这使得达到的Berry曲率，轨道磁矩，态密度和能量的变化，确定其规范的大电位和输运性质的解析表达式。目前的修正，这成为相关的在相对较低的领域，由于小的差距，这些系统的特点，揭示了零场抗磁化率，可以通过外部磁场调谐。
2021-04-11 cond-mat.mes-hall
Spin and Charge Transport of Multi-Orbital Quantum Spin Hall Insulators
在SiC上制造铋烯为由V族原子制成的室温量子自旋霍尔绝缘体的衬底工程铺平了道路。我们在这些二维材料中进行大规模量子输运计算，以分析拓扑结构、无序、谷和自旋自由度之间相互作用所产生的丰富现象。为此，我们考虑一个最小的多轨道实空间紧束缚哈密顿量，并使用切比雪夫多项式展开技术。我们讨论了无序、亚晶格分辨势和Rashba自旋轨道耦合对量子自旋霍尔态的影响。
2018-11-13 cond-mat.mes-hall
Spin Seebeck and Spin Nernst Effects of Magnons in Noncollinear Antiferromagnetic Insulators
我们的联合热自旋转换的理论和计算机实验研究表明，非共线的反铁磁绝缘体是有前途的材料产生磁振子自旋电流时，应用的温度梯度：它们表现出自旋塞贝克和自旋能斯特效应。利用Kubo理论和自旋动力学模拟，我们明确评估这些影响在一个单一的kagome片钾铁黄钾铁矾，KFe $_3$（OH）$_6$（SO $_4$）$_2$，并预测在$20 \mathrm{K}$的温度下的自旋塞贝克转换因子为$0.2 μ\mathrm{V}/\mathrm{K}$。
2019-03-28 cond-mat.mes-hall
Exploring orbital-charge conversion mediated by interfaces with copper through spin-orbital pumping
本研究探究了不同异质结构中CuOx界面对轨道-电荷转换的影响，发现CuOx对不同重金属堆叠的自旋泵浦信号影响存在差异，结合理论分析为轨道电子学研究和自旋-轨道转换技术发展提供了支撑。
2024-01-11 cond-mat.mes-hall
Orbital Magnetization of Quantum Spin Hall Insulator Nanoparticles
自旋和轨道自由度都对孤立原子的磁矩有贡献。然而，当插入晶体中时，原子的轨道矩被淬灭，因为缺乏旋转对称性，这在孤立时保护它们。因此，对磁性材料的磁化的主要贡献来自电子自旋。在这里，我们表明，量子自旋霍尔绝缘体的纳米岛可以主机强大的轨道边缘磁性时，其最高占用的Kramers双重被单独占用，升级到一个电荷电流的自旋边缘电流。由此产生的轨道磁化与大小成线性比例，超过了几纳米大小的岛屿的自旋贡献。这种线性标度是狄拉克边缘态所特有的，与量子环中的薛定谔电子非常不同。模拟Bi（111）薄片，其边缘状态最近已被观察到，我们表明，轨道磁化相对于无序，热搅动，岛的形状和边缘的结晶方向是强大的，反映了其拓扑保护。
2015-09-09 cond-mat.mes-hall
Spin and Orbital Magnetic Response on the Surface of a Topological Insulator
耦合的自旋和轨道自由度的表面上的一个强大的三维绝缘体，一方面，和纹理的磁性配置在相邻的铁磁膜，另一方面，研究使用相结合的运输和热力学考虑。用电子的面外轨道和自旋磁化强度表示局域磁矩与狄拉克电子之间的交换耦合，将一般铁磁自旋织构的热力学性质与零朗道能级物理联系起来.狄拉克电子携带的持续电流赋予磁纹理与Dzyaloshinski-Moriya相互作用，它表现出一个普遍的缩放形式作为电子温度，化学势和时间反演对称性破缺间隙的函数。此外，电子的轨道运动在未屏蔽的电场和局域磁序之间建立了直接的磁电耦合，从而消除了磁膜内部复杂的长程相互作用。
2014-11-08 cond-mat.mes-hall
Two-dimensional orbital Hall insulators
与自旋霍尔效应（SHE）类似，轨道霍尔效应（OHE）是指由纵向施加的电场引起的轨道角动量的横向流动的产生.对于自旋-轨道耦合（SOC）相当大的系统，轨道和自旋角动量自由度耦合，并且电荷、自旋和轨道角动量激发之间的相互关系自然建立。OHE主要在金属系统中进行探索，在那里它可以非常强大。然而，它的几个功能在二维（2D）材料中仍然未被探索。在这里，我们调查的作用，轨道纹理的OHE显示的多轨道二维材料。我们预测在这些系统中，无论是在其金属和绝缘相的外观一个相当大的轨道霍尔效应。在某些情况下，轨道霍尔电流大于自旋霍尔电流，它们作为信息载体的使用拓宽了新型自旋轨道电子器件的发展可能性。
2020-03-02 cond-mat.mes-hall
Emergent topological mirror insulator in t2g-orbital systems
铁磷属化物的电子能带结构呈现出四个狄拉克锥，这是由于晶体对称性和轨道成键取向。这个标志性的签名提出了pnictide家庭作为一个理想的候选人在寻找准二维拓扑晶体绝缘体。在这份报告中，我们探讨了相互作用引起的拓扑相位，不能用传统的本地序参量。基于模型哈密顿量的对称性分析表明，在具有四元晶场对称性的化合物中，电子在低温下占据两个简并的t2 g能级，可以自发地形成新的拓扑相.我们确定了两个稳定的拓扑相位的基态，这是从自发轨道电流秩序。这些电流由轨道间库仑相互作用引起的电子相关性驱动。第一个拓扑相位是一个反常的轨道霍尔相位，其特征是一个非零的陈氏数，而第二个拓扑相位有一个消失的陈氏数，虽然有一个额外的Z2-like不变量，保持宇称。更具体地说，相互作用引起的准二维拓扑晶体绝缘体的新相受到镜面反射对称性的保护，因此可以在磷属元素化物中实现。
2014-12-19 cond-mat.mes-hall
Fermi level dependent charge-to-spin current conversion by Dirac surface state of topological insulators
与传统顺磁金属中的自旋霍尔效应相比，拓扑绝缘体（TI）的狄拉克表面态的自旋动量锁定提供了一种高效的电荷-自旋电流（C-S）转换的独特可能性。对于TI基自旋电流器件的发展，有必要定量地评估其转换效率作为费米能级EF位置的函数。本文利用自旋矩铁磁共振（ST-FMR）技术，对具有跨带隙调谐的（Bi_（1-x）Sb_x）_2 Te_3薄膜，通过引入qICS系数来表征界面C-S转换效应。在体绝缘条件下，通过狄拉克表面态的界面C-S转换效应被评估为几乎恒定的大qICS值，反映出qICS与几乎恒定的费米速度vF成正比。然而，当EF穿过Dirac点时，qICS被显著抑制，这可能是由于表面自旋的简并或螺旋自旋结构的不稳定性。这些结果表明，在TI基异质结构的EF的微调是至关重要的，以最大限度地提高效率，使用自旋动量锁定机制。
2015-10-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin-momentum locking and ultrafast spin-charge conversion in ultrathin epitaxial Bi$_{1-x}$Sb$_x$ topological insulator
三维拓扑绝缘体表面态的螺旋性在自旋电子学中引起了极大的关注，这是由于自旋-动量锁定，其中载流子的自旋垂直于它们的动量。这种性质可以提供一种有效的方法，通过Rashba-Edelstein效应将电荷电流转换为自旋电流，反之亦然。然而，这些表面状态的自旋-电荷转换的实验签名是非常困难的解开从体状态的贡献。在这里，我们结合自旋和角度分辨的光电子能谱，时间分辨的太赫兹发射光谱，以明确地表明，自旋电荷转换产生的Bi $_{1-x}$ Sb $_x$薄膜的表面状态，下降到几个纳米的限制效应出现。我们关联这个大的转换效率，通常在重金属的体自旋霍尔效应的水平，复杂的费米表面从逆Rashba-Edelstein响应的理论计算获得。我们证明了这一点，薄膜厚度下降到几个纳米，在外延Bi $_{1-x}$ Sb $_x$薄膜的表面状态鲁棒性和相当大的转换效率带来了新的前景，超低功率磁随机存取存储器和宽带太赫兹产生。
2023-03-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Coherent control of optical spin-to-orbital angular momentum conversion in metasurface
我们提出并实验证明，由Pancharatnam-Berry相位光学元件组成的超颖表面可以完全控制光学自旋-轨道角动量转换。我们的方法依赖于超颖表面上的透射和反射之间的临界干涉，以通过对两个入射光束的相干控制来创建具有高输出的主动可调谐和可控转换。所介绍的控制方法是通用的，并可能是一个重要的一步，对实际应用的功能光学器件的发展。
2016-07-16 cond-mat.mes-hall physics.optics
Voltage-Controlled Magnetic Reversal in Orbital Chern Insulators
Chern绝缘体铁磁体的特征在于量子化的反常霍尔效应，并且迄今为止已经在磁性掺杂的拓扑绝缘体（MTI）薄膜和双层石墨烯莫尔{é}超晶格中被实验确定。我们将陈省身绝缘体铁磁体分类为自旋或轨道，这取决于轨道磁化是否来自自发自旋极化结合自旋轨道相互作用，如MTI情况下，或直接来自自发轨道电流，如莫尔{é}超晶格情况。我们认为，在一个给定的磁性状态，其特征在于，例如由异常霍尔效应的符号，轨道陈氏绝缘体的磁化强度往往会有相反的符号为弱$n$和弱$p$静电或化学掺杂。该性质使得能够在存在固定磁场的情况下实现磁状态的纯电切换。
2020-12-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Efficient Charge-Spin Conversion and Magnetization Switching though Rashba Effect at Topological Insulator/Ag Interface
利用自旋矩铁磁共振技术在三维拓扑绝缘体（TI）Bi 2Se 3和Ag双层膜中观察到了有效的电荷-自旋转换. Bi 2Se 3/Ag/CoFeB异质结构中的自旋轨道扭矩比随着Ag厚度增加到约2nm而显示出显著增强，并且对于5 nm的Ag达到0.5的值，其在室温下比Bi 2Se 3/CoFeB的自旋轨道扭矩比高约3倍。结果表明，Bi 2Se 3/Ag的界面效应超过了Bi 2Se 3层的拓扑表面态（TSS），并在Bi 2Se 3/Ag/CoFeB系统的电荷-自旋转换中起主导作用.基于第一性原理计算，我们将我们的观察归因于大的Rashba分裂带包裹TSS带，并具有相同的净自旋极化方向的TSS的Bi 2 Se 3。随后，我们第一次证明了在5.8 × 10^5 A/cm 2的低电流密度下Bi 2Se 3/Ag/Py中的Rashba诱导磁化翻转。
2018-01-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Interface controlled Berry phase and anisotropic spin-charge conversion in altermagnet-topological insulator bilayers
通过界面自旋翻转隧道效应调控 d 波交替磁体-拓扑绝缘体双层，实现各向异性自旋-电荷转换及拓扑相变。
2025-12-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Nanomechanical topological insulators with an auxiliary orbital degree of freedom
离散的自由度，如自旋和轨道，可以提供有趣的策略来操纵电子，光子和声子。由于具有自旋自由度，拓扑绝缘体在凝聚态物理、光学、声学和力学等领域引起了人们极大的兴趣。然而，轨道作为晶体的另一个基本属性，在拓扑绝缘体中却很少被研究。在这里，我们发明了一种新型的拓扑绝缘体，在纳米机械平台上具有辅助轨道自由度。我们在实验上实现了纳米机械拓扑绝缘体，其中轨道可以任意操纵的晶体。利用这一独特的功能，我们证明了不同的拓扑边缘状态之间的绝热过渡，这是一个重要的功能，复杂的系统，涉及不同的拓扑边缘通道。在一维边缘态的基础上，我们进一步构造了零维Dirac涡旋态。我们的研究结果揭示了前所未有的策略，操纵拓扑相变和研究拓扑相的物质在一个集成的平台上。
2020-06-09 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Orbital Pumping in Ferrimagnetic Insulators
本研究在掺铋钇铁石榴石（BiYIG）中探测到纯轨道电流，通过多材料纳米器件对比明确了轨道泵浦起源与占比，证实界面透明度提升可同时增强自旋与轨道电流的泵浦效率。
2025-06-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Efficient conversion of orbital Hall current to spin current for spin-orbit torque switching
自旋霍尔效应（自旋电流的电生成）允许有效地控制磁化。最近的理论表明，轨道霍尔效应产生的轨道电流，可以远远大于自旋霍尔诱导的自旋电流。然而，轨道电流不能直接对铁磁体施加转矩，需要从轨道电流到自旋电流的转换过程。在这里，我们报告了两种有效的方法，通过自旋-轨道耦合工程，这使我们能够明确地证明轨道电流诱导的自旋力矩，或轨道霍尔力矩的转换。我们发现，轨道霍尔扭矩大大增强通过引入稀土铁磁体Gd或Pt界面层与Cr/铁磁体结构中的强自旋轨道耦合，表明在Cr中产生的轨道电流有效地转换成自旋电流中的Gd或Pt层。此外，我们发现，轨道霍尔力矩可以促进减少自旋轨道转矩为基础的自旋电子器件的垂直磁化的开关电流。
2022-05-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Giant orbital Hall effect and orbital-to-spin conversion in 3d, 5d, and 4f metallic heterostructures
轨道霍尔效应提供了自旋霍尔效应的替代手段，以将充电电流转换成角动量流。最近，引人注目的签名的轨道霍尔效应已被确定在三维过渡金属。在这里，我们报告了一个系统的研究，包括3D，5D和4F金属异质结中的轨道电流的产生，传输和转换。我们发现Cr的轨道霍尔电导率达到了5*10^5 Ohm^{-1} m^{-1}量级的巨大值，Pt除了自旋霍尔效应外，还表现出很强的轨道霍尔效应。作为厚度的函数进行测量的Cr-Cr，Mn和Pt层和铁磁Co和Ni层揭示了如何轨道和自旋电流竞争或相互帮助，以确定作用在磁性层上的自旋-轨道扭矩。我们进一步展示了这种相互作用如何可以通过在磁性层和磁性层之间引入4 f间隔物来大幅调制。Gd和Tb充当非常有效的轨道-自旋电流转换器，将Cr产生的自旋-轨道扭矩提高4倍，并反转Pt产生的扭矩的符号。为了解释我们的结果，我们提出了一个广义漂移扩散模型，包括自旋和轨道霍尔效应，并描述了它们的相互转换介导的自旋-轨道耦合。
2022-07-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin-orbital Texture in Topological Insulators
相对论性自旋轨道耦合在拓扑绝缘体和量子自旋电子学中起着重要的作用。它产生了拓扑非平凡的能带结构，并使电操纵的自旋自由度。由于自旋-轨道耦合，在动量和实空间中都可以存在丰富的自旋-轨道耦合织构。对于Bi $_2$ Se $_3$族中的三维拓扑绝缘体，具有p $_z$轨道的拓扑表面态具有对于上狄拉克锥的左手自旋织构和对于下狄拉克锥的右手自旋织构。在这项工作中，我们预测了一种新的形式的自旋轨道织构与p $_x$和p $_y$轨道。对于上狄拉克锥，左手（右手）自旋纹理耦合到“径向”（“切向”）轨道纹理，而对于下狄拉克锥，自旋和轨道纹理的耦合是完全相反的。“切向”（“径向”）轨道纹理是占主导地位的上（下）狄拉克锥，导致右手自旋纹理的平面内轨道的上和下狄拉克锥。利用自旋分辨和光子偏振角分辨光电子能谱实验观测了这种新的自旋轨道织构。
2012-11-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Orbital embedding and topology of one-dimensional two-band insulators
能带绝缘体的拓扑不变量通常被假设为只依赖于轨道之间的连通性，而不依赖于它们的胞内位置（轨道嵌入），这是紧束缚描述中的一个单独的信息。例如，在二维空间中，轨道嵌入会改变Berry曲率，但不会改变Chern数。在这里，我们考虑一维反演对称绝缘体分类的$\mathbb{Z}_2$拓扑不变$\vartheta=0$或$π$，相关的Zak阶段，并表明，$\vartheta$至关重要地依赖于轨道嵌入。我们研究了三种具有键、位和混合反转的双带模型：Su-Schrieffer-Heeger模型（SSH）、电荷密度波模型（CDW）和Shockley模型。SSH（或CDW）模型与$\vartheta=0$（分别为：$π$）。然而，肖克利模型的特征在于$\vartheta=0$和$π$之间的拓扑相变。关键的区别在于每个晶胞的两个轨道是在相同还是不同的位置。
2021-12-23 cond-mat.mes-hall quant-ph
Reversal of Orbital Hall Conductivity and Emergence of Tunable Topological Quantum States in Orbital Hall Insulator
该研究通过应变工程结合k·p模型与第一性原理计算，在轨道霍尔绝缘体中实现轨道陈数符号反转和轨道霍尔电导反转，并探索了可调拓扑量子态。
2024-02-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Orbital magnetization in periodic insulators
在Wannier表象下，我们导出了周期绝缘体的轨道磁化强度的表达式。磁化被证明是由两个贡献，一个明显的一个与内部循环的散装Wannier函数在内部，和一个意想不到的一个所产生的净电流进行Wannier函数附近的表面。每一个贡献都可以用规范不变的Bloch函数表示为一个体性质。我们的表达式进行了验证，通过比较有限和周期性样品的数值紧束缚计算。
2005-06-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Orbital-Selective Spin Texture and its Manipulation in a Topological Insulator
拓扑绝缘体代表了物质的一种新的量子态，它在本体上是绝缘的，但在边缘或表面上是金属的。在狄拉克表面态中，电子自旋与晶体动量锁定是公认的。本文报道了拓扑绝缘体Bi_2Se_3中自旋织构与轨道织构锁定的新现象。我们观察到光的偏振依赖的自旋织构的上部和下部狄拉克锥构成的强有力的证据的轨道依赖的自旋织构Bi2Se3。在变极化几何中检测到的不同自旋织构是初始态自旋轨道织构结合光电发射矩阵元效应的表现。我们的观察提供了一个新的轨道自由度和一种新的方式来控制拓扑绝缘体的自旋结构的光操纵，这对于它们在未来的自旋相关技术中的应用是重要的。
2014-06-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Design of spin-orbital-textures in ferromagnetic/topological insulator interfaces
本研究针对拓扑绝缘体自旋轨道织构的调控需求，探究CrI₃/Bi₂Se₃铁磁/拓扑绝缘体界面，通过从头算与参数化哈密顿模型揭示其各向异性输运与背散射特性，证实范德瓦尔斯TI/MI界面是调控拓扑态自旋自由度的优异平台。
2023-11-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Crossed responses of spin and orbital magnetism in topological insulators
研究了时间反演对称拓扑绝缘体中自旋和轨道角动量的交叉磁响应。由于量子自旋霍尔系统和三维拓扑绝缘体中的自旋-轨道耦合，磁化率在磁性的自旋和轨道部分之间具有交叉（交叉）分量。在这项研究中，交叉磁化率的轨道磁化进行了研究，在二维和三维的拓扑绝缘体模型中，外部磁场相互作用的电子自旋塞曼耦合通过不同的g-因子的导带和价带。二维量子自旋霍尔绝缘体的交叉磁化率显示了响应于塞曼耦合的$\mathbb{Z}_2$拓扑相位通过平均g因子的量子化签名，并且即使当电子的$σ^z$守恒被倾斜的磁场打破时，量子化仍然存在。体轨道磁化解释的持续边缘电流归因于手征异常（1+1）维边界。在三维拓扑绝缘体中，我们发现交叉磁化率正比于导电子和价电子的g因子之差，这与二维情况有质的不同。用表面狄拉克费米子理论解释了在相变点处三维交叉极化率的陡变。最后，从时间反演和粒子-空穴对称性的角度讨论了二维和三维情况下交叉磁化率对g因子的依赖关系。
2016-06-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Orbital magnetoelectric coupling in band insulators
磁电响应是打破时间反转和反转对称性（特别是多铁性）的材料的基本特性，并且值得注意的是，是那些对称性未被打破的“拓扑绝缘体“的基本特性。先前的工作已经展示了如何计算自旋和晶格对磁电张量的贡献。在这里，我们解决了轨道贡献的问题，通过计算由磁场引起的冻结晶格电子极化。这种响应的一部分（“陈-西蒙斯项”）甚至可以出现在时间反演对称材料中，并且先前已经在拓扑绝缘体中被量子化。在一般的材料中，磁电张量的所有部分都有额外的轨道贡献;这些贡献在拓扑绝缘体中由于对称性而消失，在几个没有时间反演和反演的简化模型中也消失了，这些磁电耦合以前已经研究过。我们给出了两个推导的响应公式，一个是基于均匀磁场和一个基于外推的长波磁场，并讨论了这个公式的一些后果。
2010-04-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Fermi Level Dependent Spin Pumping from a Magnetic Insulator into a Topological Insulator
拓扑自旋电子学的目标是利用拓扑绝缘体螺旋表面态的自旋-动量锁定来实现自旋-轨道力矩器件。我们解决一个基本的问题，仍然没有得到解决，在这种情况下：单独的拓扑表面状态产生的自旋-电荷转换效率的最大值，或者可以强烈的自旋-轨道耦合体状态也有显着的贡献？通过研究拓扑绝缘体/亚铁磁绝缘体双层膜中自旋抽运的费米能级依赖性，我们发现自旋霍尔电导率在费米能级跨体带隙调谐时是恒定的，与完整体带计算结果一致.结果提出了一个新的观点，其中“体-表面对应”允许自旋-电荷转换同时被视为来自完整的体带，或从自旋-动量锁定的表面状态。
2019-06-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Enhanced spin-to-charge conversion in La$_{0.67}$Sr$_{0.33}$MnO$_3$/NdNiO$_3$ bilayers at the nickelate metal-insulator phase transition
本研究通过自旋泵浦铁磁共振，发现LSMO/NNO双层膜在镍酸盐金属-绝缘体相变处逆自旋霍尔效应显著增强，归因于相变时的电子和磁性无序，为低阻尼自旋电子器件提供了新途径。
2025-08-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Dirac-Surface-State-Dominated Spin to Charge Current Conversion in the Topological Insulator $(Bi_{0.22}Sb_{0.78})_2Te_3$ Films at Room Temperature
我们报道了室温下本征拓扑绝缘体（TI）$(Bi_{0.22}Sb_{0.78})_2Te_3$薄膜中自旋-电荷电流的转换。在坡莫合金（Py）薄层中通过两种不同的过程产生自旋电流，自旋泵（SPE）和自旋塞贝克效应（SSE）。在第一种方法中，我们使用微波驱动的铁磁共振的Py膜，以产生一个SPE的自旋电流注入到TI $(Bi_{0.22}Sb_{0.78})_2Te_3$层与Py直接接触。在第二种情况下，我们使用SSE在Py中的纵向配置，而不受Py和$(Bi_{0.22}Sb_{0.78})_2Te_3$层之间的薄NiO层的能斯特效应的污染。自旋-电荷电流转换归因于由于Rashba场导致的电子费米轮廓中的自旋-动量锁定所产生的逆Edelstein效应（IEE）。这两种技术的测量产生非常相似的IEE参数值，这是大于在以前的研究中的值拓扑绝缘体。
2017-10-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Giant enhancement in spin-to-charge conversion in Bi2Se3/NiFe heterostructure via interface engineering
Indian Institute of Technology Hyderabad（印度理工学院海得拉巴分校）；Indian Institute of Science Education and Research Bhopal（印度科学教育与研究学院博帕尔分校）
研究通过在Bi2Se3和NiFe之间插入Ti间隔层，抑制界面互扩散，使自旋霍尔角提高一个数量级，从而增强自旋-电荷转换效率。
2026-09-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Interplay of orbital effects and nanoscale strain in topological crystalline insulators
轨道自由度对固体中电子的基本性质有显著的影响。除了影响带宽、带隙、相关强度和色散之外，轨道效应还涉及产生新的电子和结构相，例如Jahn-Teller效应和巨磁阻。在这项工作中，我们第一次展示了带的轨道性质如何导致非平凡的影响，应变的能带结构。利用扫描隧道显微镜和准粒子干涉成像技术研究了应变对拓扑晶体绝缘体SnTe异质外延薄膜电子结构的影响。我们发现了一个令人惊讶的效果，其中在一个方向上施加的应变影响垂直方向上的能带结构。我们的理论计算表明，这种效应直接来自导带和价带的轨道性质。我们的研究结果意味着，微观模型捕捉应变对能带结构的影响，必须包括考虑的轨道性质的频带。
2016-11-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Imaging orbital ferromagnetism in a moiré Chern insulator
莫尔平带系统中的电子可以自发地打破时间反演对称性，从而产生量子化的反常霍尔效应。在这里，我们使用超导量子干涉设备的图像杂散磁场在一个这样的系统组成的扭曲双层石墨烯对齐六方氮化硼。我们发现每个载流子有几个玻尔磁子的磁化，这表明磁性在本质上主要是轨道的。我们的测量揭示了一个很大的变化，在磁化的化学势扫过量子反常霍尔间隙符合预期贡献的手性边缘状态的轨道陈氏绝缘体的磁化。映射的空间演化的场驱动的磁反转，我们发现了一系列的可重复的微米级域的边界主机手征边缘状态。
2020-06-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Anomalous molecular orbital variation upon adsorption on wide band gap insulator
通常认为，有机分子物理吸附在宽带隙绝缘体的理想非极性表面上，吸附物分子的电子性质变化有限。在密度泛函理论（DFT）和$GW$近似的第一性原理计算的基础上，我们表明，这是不普遍正确的。我们发现，当羟基酸（这里我们选择葡萄糖酸）吸附在MgSO $_4$ $\cdot$ H $_2$ O（100）表面上时，由于分子与绝缘表面之间的复杂相互作用，分子前线轨道发生了显著的变化。当通过多体修正考虑表面极化效应时，由DFT得到的吸附效应对能隙的预测趋势相反。
2010-05-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Divergent Orbital Diamagnetism from Chiral Edge States in Chern Insulators
Kyushu Institute of Technology（九州工业大学）
研究陈绝缘体在手性边缘态下的发散轨道抗磁性，发现其随尺寸线性发散且对无序鲁棒，揭示拓扑本质，并与狄拉克系统抗磁性关联。
2026-09-09 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Dynamical Chiral Symmetry and Symmetry-Class Conversion in Floquet Topological Insulators
本研究探究了具有动力学手征对称性的Floquet拓扑绝缘体的特性，发现非静态对应DCS下零准能拓扑相受驱动影响小、$π$准能处可开拓扑隙，还实现了CI到AIII的对称类转换，为拓扑$π$模的调控提供了理想平台。
2024-05-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
