利用从头算杂质嵌入模拟的高通量自动化，我们创建了一个数据库，其中包含嵌入原型拓扑绝缘体（TI）Bi$_2$Te$_3$ 中的 $3d$ 和 $4d$ 过渡金属缺陷。我们模拟了单一杂质以及 TI 内部不同杂质-杂质距离下的杂质二聚体。我们提取了磁矩的变化，分析了非磁性杂质原子通过邻近磁性杂质原子的极化率，并计算了海森堡哈密顿量的交换耦合常数。我们揭示了交换耦合常数中的化学趋势，并讨论了杂质在量子反常霍尔绝缘体和拓扑量子计算领域中关于磁序的潜力。特别是，我们预测不同磁性掺杂剂的共掺杂是设计磁性 TI 中磁基态的一种可行策略。
英文摘要：
Using high-throughput automation of ab-initio impurity embedding simulations, we created a database of $3d$ and $4d$ transition metal defects embedded into the prototypical topological insulator (TI) Bi$_2$Te$_3$. We simulate both single impurities as well as impurity dimers at different impurity-impurity distances inside the TI. We extract changes to magnetic moments, analyze the polarizability of non-magnetic impurity atoms via nearby magnetic impurity atoms and calculate the exchange coupling constants for a Heisenberg Hamiltonian. We uncover chemical trends in the exchange coupling constants and discuss the impurities' potential with respect to magnetic order in the fields of quantum anomalous Hall insulators and topological quantum computing. In particular, we predict that co-doping of different magnetic dopants is a viable strategy to engineer the magnetic ground state in magnetic TIs.
Enhancement of piezoelectric properties in a narrow cerium doping range of $\text{Ba}_{1-x}\text{Ca}_{x}\text{Ti}_{1-y}\text{Zr}_{y}\text{O}_{3}$ evidenced by high throughput experiment
Nonmagnetic-Doping Induced Quantum Anomalous Hall Effect in Topological Insulators
在磁掺杂拓扑绝缘体中实验观察到量子反常霍尔效应。然而，超低温（通常低于300 mK），这主要是由于不均匀的磁性掺杂，成为一个艰巨的挑战，潜在的应用。本文提出了一种\textit{nonmagnetic}掺杂策略，在拓扑绝缘体中产生铁磁性并实现QAHE。我们数值计算表明，磁矩可以诱导由氮或碳取代在Bi $_2$ Se $_3$，Bi $_2$ Te $_3$，和Sb $_2$ Te $_3$，但只有氮掺杂的Sb $_2$ Te $_3$表现出长程铁磁性和保持大的体带隙。我们进一步表明，其相应的薄膜可以在17-29开尔文的温度下窝藏QAHE，这比类似系统中的典型温度高两个数量级。我们提出的\textit{nonmagnetic}掺杂方案可能为拓扑绝缘体中高温QAHE的实验实现提供新的思路。
Nitrogen doping induced metal-insulator transition with iso-symmetric character in rutile VO2
Harbin Institute of Technology, Shenzhen（哈尔滨工业大学（深圳））；Minjiang University（闽江大学）；Quantum Science Center of Guangdong-Hong Kong-Macao Greater Bay Area（粤港澳大湾区量子科学中心）；University of Science and Technology Beijing（北京科技大学）；Helmholtz-Zentrum Dresden – Rossendorf（德累斯顿罗森多夫亥姆霍兹中心）；University of Science and Technology of China（中国科学技术大学）；Soochow University（苏州大学）；National Yang Ming Chiao Tung University（国立阳明交通大学）；Indian Institute of Science（印度科学学院）；The School of Integrated Circuit, Harbin Institute of Technology, Shenzhen（哈尔滨工业大学（深圳）集成电路学院）；Max-Planck Institute for Chemical Physics of Solids（马克斯·普朗克固体化学物理研究所）；National Synchrotron Radiation Research Center（国家同步辐射研究中心）；Nanyang Technological University（南洋理工大学）
Microscopic effects of Dy-doping in the topological insulator Bi2Te3
在拓扑绝缘体中，用过渡金属离子进行磁性掺杂是打破时间反演对称性的最广泛使用的方法，这是解锁TI奇异势的先决条件。最近，我们报道了用稀土离子掺杂Bi_2Te_3薄膜，由于其大的磁矩，使得在拓扑表面态中具有非常大的磁隙开口。然而，只有当掺杂Dy有一个相当大的差距被观察到的角度分辨光电子能谱，持续到室温。虽然无序本身可以被排除作为拓扑相变的原因，但对Dy：Bi 2 Te 3的磁性和电子性质的基本理解仍然是难以捉摸的。在这里，我们提出了一个X射线磁圆二色性，极化中子反射，μ子自旋旋转，和共振光电子能谱的微观磁性和电子性质的研究。我们发现，薄膜不是简单的顺磁性，而是观察到的行为可以很好地解释缓慢波动的假设，随着温度的降低，随着体积分数的增加，不均匀的磁补丁。在液氦温度下，通过施加中等的磁场可以很容易地引入大的有效磁化，这意味着这种材料非常适合与底层铁磁绝缘体或具有过渡金属掺杂层的异质结构进行邻近耦合。然而，至少在这些高度掺杂的样品中不能排除由掺杂剂引入的一些载流子。然而，我们发现，磁秩序是不介导的，通过在这些稀土掺杂样品的导电通道，因此磁秩序和载流子浓度预计是独立可控的。对于过渡金属掺杂的拓扑绝缘体，通常不是这种情况。
Stability, Electronic and Magnetic properties of magnetically doped topological insulators Bi2Se3, Bi2Te3 and Sb2Te3
在拓扑绝缘体（TI）中，磁与无带隙表面态的相互作用被预言会引起一些奇异的量子现象。然而，TI的有效磁性掺杂在实验上仍然具有挑战性。采用第一性原理计算方法，研究了Bi $_{2}$ Se $_{3}$，Bi $_{2}$ Te $_{3}$和Sb $_{2}$ Te $_{3}$中V，Cr，Mn和Fe的磁掺杂特性.我们发现，对于所有三个TI的阳离子位点的替代掺杂是最积极有利的阴离子丰富的环境作为最佳的生长条件。进一步我们的研究结果表明，在4%的标称掺杂浓度下，Cr和Fe掺杂的Bi $_{2}$ Se $_{3}$、Bi $_{2}$ Te $_{3}$和Cr掺杂的Sb $_{2}$ Te $_{3}$保持为绝缘体，而V、Mn和Fe掺杂的Sb $_{2}$ Te $_{3}$的所有TI变为金属。我们还发现，Cr掺杂Bi $_{2}$ Se $_{3}$的磁相互作用倾向于铁磁，而Fe掺杂Bi $_{2}$ Se $_{3}$的磁相互作用倾向于反铁磁.最后，我们利用蒙特卡罗模拟估算了有希望的铁磁绝缘体（Cr掺杂Bi $_{2}$ Se $_{3}$）的磁耦合和居里温度。这些发现可能为磁感应铁磁的实验研究提供重要的指导。
Optimal doping and entropic origin of giant thermopower in doped Mott insulators
这篇论文已被作者撤回，因为结果是不正确的，由于使用的杂质求解器，在大的相互作用强度和以上的半填充失败。这首先导致了新的杂质求解器的开发（arXiv：1202.5814或Phys.Rev. B 86，085133（2012）），其次导致了具有不同结论的热电势结果的完全修订。因此，提交了一篇关于热电的新论文（arXiv：1209.4349），并撤回了目前的论文。
Charge Carrier Mediation and Ferromagnetism induced in MnBi6Te10 Magnetic Topological Insulators by antimony doping
MnBi_2 Te_4是一种新型的内禀磁性拓扑绝缘体（MTI），它在观察量子反常霍尔效应（QAHE）等新型拓扑量子效应方面具有重要意义。然而，强的反铁磁（AFM）耦合和高的载流子浓度阻碍了实际应用。在密切相关的材料MnBi 4 Te 7和MnBi 6 Te 10中，层间磁耦合被Bi 2 Te 3层插入极大地抑制。然而，AFM仍然是这些化合物中的基态。通过磁性和输运测量，我们证明了Sb替代掺杂在MnBi 6 Te 10中具有双重作用，不仅可以调节载流子类型和浓度，而且可以诱导固体进入铁磁（FM）基态。在Mn（SbxBi 1-x）6 Te 10的相图中，当x ~ 0. 25时，出现了一个接近电荷中性点的原子力显微镜基态区域。本征FM-MTI候选材料的提出为今后实现高质量高温QAHE及相关的拓扑量子效应提供了一个新的思路。
Reducing the impact of bulk doping on transport properties of Bi-based 3D topological insulators
Bi基三维拓扑绝缘体螺旋表面态的观测一直是理论预测的难点。当费米能级由于非故意掺杂而深入到体导带时，主要问题出现了。这导致了金属传导的散装占主导地位的运输测量，并阻碍了在这些实验中的表面状态的探测。在这项研究中，我们研究了各种策略，以减少Bi基拓扑绝缘体中的残留掺杂。通过物理气相沉积生长Bi $_2$ Se $_3$和Bi $_{1.5}$ Sb $_{0.5}$ Te $_{1.7}$ Se $_{1.3}$的薄片，并将它们的结构和电子性质与机械剥离的薄片进行比较。使用拉曼光谱，我们探索在这个过程中的作用，并提出了高品质的晶体制造的最佳条件。尽管这种改进，我们表明，气相沉积的薄片仍然遭受结构紊乱，导致残留的n型掺杂的散装。使用磁测量，我们表明，剥离的薄片具有更好的电气性能，因此更有前途的探测表面状态。
Inducing Lifshitz transition by extrinsic doping of surface bands in topological crystalline insulator Pb$_{1-x}$Sn$_{x}$Se
研究了窄隙半导体Pb $_{1-x}$ Sn $_{x}$ Se在其岩盐结构相中的拓扑保护表面态，x=0.45、0.23、0.15和0。角分辨光电子能谱学的本质上p掺杂的样品显示出两个狄拉克锥，偏心的时间反转不变点X的表面布里渊区的所有，但x=0的样品的明确指示。碱金属的吸附逐渐使表面带充满电子，驱动x>0拓扑晶体绝缘体系统通过Lifshitz转变，并从空穴到电子的费米表面。x>0样品中的电子掺杂带显示出狄拉克锥的完整构型，也证实了表面带的电子-空穴对称性。
Observation of Distinct Bulk and Surface Chemical Environments in a Topological Insulator under Magnetic doping
磁性掺杂剂对拓扑绝缘体（TI）中电子和化学环境的影响是基于拓扑表面态性质考虑可能的自旋电子学应用时的关键因素。在这里，我们提供的光谱证据存在不同的化学和电子行为的表面和体磁掺杂的Bi2Te3。在Bi 2 Te 3的本体中包含Mn诱导真正的稀铁磁状态，随着Mn含量的增加，本体带隙减小。另一方面，在Bi2Te3表面上沉积Fe有利于形成已经在覆盖率低至0.07单层的碲化铁，作为富Te表面的反应性的结果。我们的研究结果确定的因素，需要控制在实现磁纳米系统和接口的基础上的TI。
Electron doping in single crystalline BaBiO$_3$: BaBiO$_{3-x}$F$_{x}$
Indian Institute of Technology Palakkad（印度理工学院帕拉卡德分校）；Raja Ramanna Centre for Advanced Technology（拉贾·拉曼纳先进技术中心）；Homi Bhabha National Institute（霍米·巴巴国立研究所）
