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磁场拓扑材料代表一个类的化合物的拓扑属性,深受他们的电子波函数加上磁自旋的配置。这种材料可以支持手性电子的完美的传导渠道,并且可以用于数组的应用,从信息存储和控制dissipationless自旋和电荷传输。在这里,我们审查的理论和实验进展领域的实现磁拓扑材料,从量子反常霍尔效应的理论预测没有朗道的水平,新形式的最近的发现,导致磁半金属和反铁磁性的拓扑绝缘体。我们最近的理论进展,导致轮廓的制表,第一次,所有的磁对称群的表示和拓扑。我们描述几个实验实现陈省身绝缘体和狄拉克磁半金属,新形式和axionic数组和高阶拓扑阶段的事,和我们调查未来的观点。

纳米线的横向维度设置电子部分波段的量子化条件。这些可以作为一个平台来实现one-dimesional拓扑超导体。我们开发一个协议,迫使这些纳米线扭结和改变他们的发展方向。因此,薄矩形nanoplate形成,逐步收敛到一个非常薄的广场小费。我们得到的锥形纳米线结构特征和光谱方法通过扫描和透射电子显微镜和扫描隧道显微镜和光谱和它们的增长模型。一个独特的原子结构组成的命令行(110)方面的nanoflag进一步显示和自动解决地形的建模仿真。我们讨论可能的优势锥形在纳米线为马约喇纳zero-mode实现和操作。

拓扑超导体是一个基本组件拓扑量子计算和信息处理的保护。虽然签名异质结构的拓扑已报告超导材料实现的内在拓扑超导体是相当罕见的。在这里我们用扫描隧道谱研究过渡金属dichalcogenide 4 hb-tas2交叉超导1 h-tas2层1 t-tas2层有着密切的联系,并找到光谱存在的证据拓扑表面超导。这些包括边缘模式运行在1 h-layer终端以及根据1 t-layer终止妊娠,他们单独的超导地区之间不同的拓扑性质。我们还观察到签名涡核的零偏压状态。所有边界模式表现出晶体各向异性,这些有限的空隙的态密度在1 h layers-allude拓扑节点的存在超导状态。我们的理论模型将这种现象归因于inter-orbital配对频道,需要表面镜面对称的组合打破和强大的交互作用。,因此,建议一个拓扑超导状态实现天然化合物。

围二维狄拉克费米子拓扑绝缘体表面保持一个杰出的概念性的挑战。在这里,我们表明,狄拉克费米子约束拓扑水晶绝缘体(TCI)是可以实现的,它托管多个表面狄拉克锥根据表面终止和它保存的对称性。这个限制是最为明显反映在通量依赖这些狄拉克状态的纳米线几何,在不同的方面连接形成一个封闭曲面。使用拉丁作为案例研究中,我们展示了电线与< 100 >类型的所有四个方面显示明显和独特的阿哈拉诺夫玻姆振荡,而纳米线的四个方面,< 110 >类型这样的振荡是由于缺席的强烈约束狄拉克各州单独每个方面。结果TCI纳米线作为多功能平台封闭和操纵狄拉克表面状态。< br / >

陈省身绝缘体的物理实现的基本和实际利益,因为他们预计举办量子反常霍尔(QAH)效应和拓扑保护手性边缘国家它可以携带dissipationless电流。当前QAH状态的实现往往需要复杂的异质结构和得到,使内在的发现,高温QAH系统重要的利益。在这个工作我们表明,逆时对称外尔半金属,基本上是成堆的陈省身绝缘体与土层耦合,可能提供一个新的平台更高温度实现健壮的手性边缘状态。我们现在的扫描隧道谱和理论结合调查新形式的磁半金属,Co3Sn2S2。使用建模和数值模拟我们发现取决于层间耦合的强度,手性边缘状态可以在部分局部暴露戈薇飞机外尔半金属的表面。相应地,我们在戈薇Co3Sn梯田dI / dV地图显示拓扑状态仅限于显示线性色散的边缘。这项工作提供了一个新的范式实现手性边缘模式,提供了一个途径来实现更高的温度QAH效应在二维磁系统新形式限制。

Bi2TeI被确定为一个双重拓扑绝缘体。这是一个弱拓扑绝缘体与金属表面(010)和(001)的拓扑水晶绝缘子表面。双拓扑材料独特的拓扑阶段主机共存表面状态不同的拓扑性质相同或不同材料方面。在这里,我们表明,Bi2TeI双拓扑绝缘体。它展品带反演两种时间反演对称性的乐队,将它作为一个弱拓扑绝缘体与金属在其一侧的表面。同时镜面对称的晶体结构分类为拓扑水晶绝缘子。我们研究了Bi2TeI光谱方法显示两维的存在狄拉克表面状态,容易受到镜面对称的破坏,和一维通道存在沿边缘。相互共存的步骤边缘,加入,两方面都借助于动量和能量隔离。我们观察双拓扑绝缘体应该刺激其他双拓扑类的调查与不同表面表现共存的边界。

重大进展后马约拉那端模式的可视化和表征半导体纳米线的混合动力系统和超导群岛,关注致力于调查电子结构的埋半导体、超导体之间的接口。该接口的属性,以及占领它的电子波函数的结构决定功能和超导状态诱导的拓扑性质。这里我们研究这个埋接口进行光谱的映射超导铝群岛外延生长砷化铟纳米线原位。我们发现意想不到的混合动力系统的鲁棒性直接接触铝岛屿不会导致任何纳米线的化学势的变化,也不引起显著的能带弯曲的附近。我们把这种现象归因于表面状态的存在绑定到纳米线的方面。这样的表面状态,也存在在光秃秃的纳米线铝沉积之前,销费米能级,从而呈现纳米线弹性表面扰动。铝群岛进一步显示库仑封锁差距和山峰,表示电阻的隧穿势垒的形成InAs-Al接口。提取的界面电阻率ρ≈1.3×10 - 6ωcm2,将使我们能够接近诱发超导与库仑阻塞效应可以忽略不计的岛屿μm2界面面积只有0.01。在低能量下我们确定一个潜在的能量势垒,进一步抑制了透光率通过接口。相应的障碍存在于裸露的半导体表面状态和积累层之间,诱导保持中立。 Our observations elucidate the delicate interplay between the resistive nature of the InAs-Al interface and the ability to proximitize superconductivity and tune the chemical potential in semiconductor-superconductor hybrid nanowires.

非零弱拓扑指数被认为是必要条件来绑定一个螺旋模式格点混乱。在这个工作我们表明,高阶拓扑绝缘体(霍蒂),事实上,主机单螺旋模式以及螺钉或边缘混乱(包括步骤边缘)没有弱拓扑指数。当这种情况发生时,螺旋模式必然是绑定到一个位错部分汉堡向量,宏观上检测到一个堆垛层错的存在。的健壮性螺旋模式部分缺陷是证明了绝热变换恢复翻译对称性堆垛层错。霍蒂给出两个例子,一个内在,一个外在,显示螺旋模式在部分混乱。因为部分散装晶体缺陷和堆积层错是司空见惯的事情,这样的螺旋模式的存在可以显著地影响预期的电导率在这些材料。

日益增长的多样性导致拓扑类相似的类边界现象学之间模棱两可。这是散装铋的状态。最近的研究分类是一个强大的或高阶拓扑绝缘体,这两个主机螺旋模式的边界。我们通过光谱方法解决铋的拓扑分类映射螺旋位错边界的响应模式。step-edges我们发现一维模式,延伸在广阔范围内,不打开一个缺口在screw-dislocations附近。这意味着这种模式结合螺旋位错,作为物质与非零弱预期指数。我们认为小的能源缺口,在时间反演不变的动量L,位置铋在拓扑相变的临界区高阶拓扑绝缘体和强拓扑绝缘体与非零弱指数。

Bulk-surface对应新形式的半金属保证拓扑的形成“费米弧”面带的存在保证了新形式大部分节点。通过调查三个不同的铁磁半金属表面终端Co3Sn2S2,我们验证光谱方法其分类作为一个逆时symmetry-broken外尔半金属。我们表明,不同的表面势由三个不同的终端修改Fermi-arc轮廓和韦尔节点连接。锡(Sn)表面,我们识别新形式intra-Brillouin区节点连接的费米弧,而钴(Co)终止,连接在相邻的布里渊区。硫(S)表面,费米弧重叠nontopological体积和表面状态。我们因此解决拓扑保护和电子外尔半金属的属性而成。

我们研究黄金水滴的作用通过vapor-liquid-solid纳米线生长的初始阶段的方法。除了作为一个集合中心增长的物种,黄金液滴携带额外的至关重要的作用,必然先于纳米线出现,也就是说,他们协助nanocraters的成核与强烈的{111}面B面墙壁。只有这些方面变得足够大,常规,黄金液滴开始成核和指导纳米线的生长。我们表明,这种双重角色的黄金水滴可以通过高能电子衍射检测和监控在增长。此外,黄金诱导形成的陨石坑和纳米线的爆发增长陨石坑内的B{111}面由蒙特卡罗模拟的结果证实了。详细了解斜纳米线的生长机制将有助于工程师新的和复杂的nanowire-based设备架构。

异国情调的电子态实现在小说量子材料。这个字段是革命性的拓扑分类材料。这些化合物一定主持人独特的国家边界。扫描隧道显微镜的研究这些表面状态提供了丰富的光谱特征,成功合作的从头开始计算。准粒子干涉成像的方法被证明是特别有用的探索表面乐队的色散关系。这里,各种附加的基本电子属性可以通过这种方法来探测研究进展。它演示了如何准粒子干涉测量需要介观尺寸量子化和半导体纳米线的电子相位相干性;螺旋旋转保护和能量波动在拓扑绝缘体;布洛赫波函数的结构和拓扑电子态的相对无感受性拓扑外尔半金属表面潜力。

最近表明原位铝涂层的外延砷化铟纳米线是可能的和收益率优越性能相对于让其它蒸发铝(Nat。板牙。2015年,14岁,400 - 406年)。我们将演示一个健壮的和自适应的外延生长协议满足生产的需要之间的亲密接触铝超导体和砷化铟纳米线。我们表明,(001)砷化铟衬底允许成功铝涂层的下弯的砷化铟纳米线,走出microfacets (111) B。一个健壮的、诱导硬超导缺口得到砷化铟/铝/核心部分壳纳米线得到了明确的论证。我们比较外延side-coating圆形和六边形截面纳米线,发现圆形纳米线的表面粗糙度产生一个更统一的铝合金型材。因此,延长铝颗粒增加应变与砷化铟纳米线的接口,这是发现引起混乱渗透到圆的纳米线。增长协议提出的独特的特性是,它支持原位外延沉积铝砷化铟纳米线的所有三个武器十字路口在一个增长的一步。这种铝涂层路口发挥关键作用工程所需的拓扑超导网络马约喇纳基于量子计算方案。

上面的更高的粒子的能量平衡,越快放松因为不断增长的相空间可用的电子态可以相互作用。在放松的过程中,相位相干性丧失,从而限制高能量子控制和操纵。在一维系统中,高弛豫率预计将破坏电子的粒子。在这里,我们表明,该放松的热引起的退相干电子在一维半导体纳米线等能源发展non-monotonically超过一定阈值电子热恢复稳定与提高能源。我们通过可视化直接观察到这一现象,第一次,准一维电子的干涉图样使用扫描隧道显微镜。我们想象一维电子的相位相干长度,以及它们的相位相干时间,被晶体法布里-珀罗谐振器。非凡的协议与理论模型表明,非单调的行为是由独特的方式一维热电子与冷电子占据费米海。这个新发现的放松概要文件表明高能制度操作量子应用程序需要扩展的一致性或长时间热化,并可能稳定电子的粒子在一维。

我们引入coupled-layer建设来描述三维拓扑水晶绝缘体受到反射对称。我们的方法使用栈的弱耦合的二维陈省身生产拓扑绝缘体水晶绝缘体在一个更高的维度,与可调表面狄拉克锥的数量和位置。作为应用程序的形式主义,我们求助于一个简化模型的拓扑水晶绝缘子拉丁,表明其保护表面状态可以描述使用coupled-layer建设。

费米弧表面表现的新形式的拓扑性质半金属,bulk-boundary执行的新形式与大部分的通信节点。钽表面砷化物,类似于半金属类,新形式的其他成员主机nontopological乐队掩盖这个信件的探索。我们用费米弧波函数的空间结构,探索通过扫描隧道显微镜,作为光谱工具来区分和描述表面费米弧乐队。我们发现,而不是nontopological州费米弧波函数是弱表面电位的影响:它传播,而本单位统一细胞渗透入更深的大部分。费米弧主要居住在网站,钽的拓扑大部分乐队。此外,我们识别费米弧色散之间的通信和新形式大部分节点的能量和动量,这种材料作为拓扑进行分类。我们获得这些结果通过引入基于角色分析布洛赫波函数在塑造量子电子干扰模式。因此有更广泛的适用性研究其他电子系统和其他物理过程。

我们研究的分配传输电流在超导Bi2Sr2CaCu2O8晶体和涡流通过样例边缘。我们表明,时距电动而不是热力学性质的转变,低于这个涡动力学是由边缘电感而不是阻力。这允许测量电阻降到2数量级以下交通噪音。通过辐射电流接触电阻一步显示在涡融化是由于c-axis相关性的损失,而不是在a - b飞机quasilong-range秩序的崩溃。

低浓度的柱状缺陷报告将一阶涡格老融化在Bi (2) (2) CaCu (2) O(8)晶体成交替一线和二阶段由两个临界点的转换。随着柱状缺陷的密度增加,临界点转变,中间二阶过渡扩张的范围。测量平衡磁化和融化的映射到27 K被就业抖动技术成为可能。

我们研究平衡的氧气兴奋剂依赖融化一阶和二阶玻璃转换Bi2Sr2CaCu2O8 +δ的漩涡。掺杂影响各向异性和障碍。各向异性缩放显示崩溃融化线只在热波动是显性的。然而,在缩放的区域障碍打破,玻璃线还是崩溃了。定量适合融化和副本2 d金兹堡朗道模型的对称断裂线进一步表明,障碍与掺杂振幅减弱,但程度较轻,比热波动,提高疾病的相对作用。

Bi2Sr2CaCu2O8的相图热力学谷岩映射通过测量局部平衡磁化M (H, T)在漩涡的存在震动。两个同样尖锐的一阶磁化步骤显示在一个温度扫描,展现一个liquid-solid-liquid序列。此外,二阶玻璃化转变是揭示了急剧打破平衡M (T)的斜率。第一,二阶线相交于中间温度,表明存在的四个阶段:布拉格玻璃和漩涡水晶在低领域,玻璃和液体在更高的领域。