Higher-order topological Anderson insulator on the Sierpiński lattice

Huan Chen(陈焕), Zheng-Rong Liu(刘峥嵘), Rui Chen(陈锐), and Bin Zhou(周斌)

Chin. Phys. B, 2024, 33 (1):  017202

近年来，人们对整数维拓扑材料中的无序效应进行了广泛的研究。然而，分数维拓扑系统中的无序效应是一个尚未被完全理解的前沿领域。因此，无序对分数维拓扑系统的作用引起了人们的广泛关注。

本文研究了无序在一个分数维系统中的作用。该系统由一个定义在谢尔宾斯基晶格上的分形模型所描述。在不考虑无序时，该分形系统中存在二阶拓扑绝缘体相或普通绝缘体相。在引入无序后，作者发现该二阶拓扑绝缘体相在弱无序强度下依然能够保持稳定。最有趣的是，作者发现无序可以诱导一个从普通绝缘体相到二阶拓扑绝缘体相的拓扑相变。最后，通过计算该无序系统的能谱和相应的概率分布，上述结论得到了进一步的证实。

对分数维拓扑系统中无序效应的深入研究，不仅扩展了我们对拓扑材料无序调控的理解，还揭示了无序在分数维系统中引发的独特拓扑相变。同时，随着人们对分形模型和拓扑相变机制的深入理解，有望在未来看到更多基于分数维拓扑系统的创新材料设计和开发。

Angular and planar transport properties of antiferromagnetic V₅S₈

Xiao-Kai Wu(吴晓凯), Bin Wang(王彬), De-Tong Wu(吴德桐), Bo-Wen Chen(陈博文), Meng-Juan Mi(弭孟娟), Yi-Lin Wang(王以林), and Bing Shen(沈冰)

Chin. Phys. B, 2024, 33 (2):  027503

近年来，过渡金属硫化物V-S体系受到人们的广泛关注。其丰富的磁有序和层状的结构可以构造和实现多种奇异的磁性态和拓扑态。比如二维范德瓦尔斯结构的VS₂具有非平庸的拓扑电子结构以及较高的磁转变温度。基于此体系的VS₂-VS超晶格异质结在380 K时表现出明显的平面霍尔效应。这一观察结果启发我们在不同的V-S层状化合物及其组合异质结中，可能潜在多种奇异的电子态和输运性质。

本工作集中于对层状反铁磁V₅S₈单晶的研究，因为其具有天然的VS₂-V-VS₂超晶格结构。我们进行了系统的面外转角和面内输运研究。首先发现体态的反铁磁V₅S₈中有明显的反常霍尔效应（AHE），其霍尔角可达0.1。随后，通过施加不同角度的面外磁场研究了V₅S₈的各向异性的传输行为，以及角度依赖性的Spin-flop相变。在面内输运的研究中，观察到明显的平面霍尔效应和各向异性磁阻，其行为符合经典的两重对称角度依赖的振荡。我们的研究结果揭示了短程磁有序在反铁磁体系中的作用，以及 V₅S₈ 中磁和电子的各向异性相互作用，这为今后制备相关自旋电子器件和磁性传感器提供了新的材料和思路。

Creation and annihilation of artificial magnetic skyrmions with the electric field

Jun Cheng(程军), Liang Sun(孙亮), Yike Zhang(张一可), Tongzhou Ji(吉同舟), Rongxing Cao(曹荣幸), Bingfeng Miao(缪冰锋), Yonggang Zhao(赵永刚), and Haifeng Ding(丁海峰)

Chin. Phys. B, 2024, 33 (3):  037501

磁性斯格明子是一种受拓扑保护的磁结构，具有纳米尺度类粒子的特征，在信息存储和逻辑器件等领域有巨大的应用潜力。相关理论和实验表明，人工磁性斯格明子可以在室温下且无需Dzyaloshinskii–Moriya（DM）相互作用和外部磁场的辅助下稳定存在，这为斯格明子器件的广泛应用提供了可能。

在本文中，我们利用微磁学模拟研究了人工磁性斯格明子的电场调控行为。该斯格明子由Co圆盘阵列置于具有垂直磁各向异性的CoPt多层膜上形成。研究表明，在电场作用下压电衬底通过磁弹耦合改变CoPt垂直膜的磁各向异性，进一步实现单个斯格明子可逆的产生和湮灭（对应信息的写入与擦除）。本文为基于磁性斯格明子体系构建无磁场和低耗散的自旋电子学器件应用开辟了一个新的平台。

Co-doped BaFe₂As₂ Josephson junction fabricated with a focused helium ion beam

Ziwen Chen(陈紫雯), Yan Zhang(张焱), Ping Ma(马平), Zhongtang Xu(徐中堂), Yulong Li(李宇龙), Yue Wang(王越), Jianming Lu(路建明), Yanwei Ma(马衍伟), and Zizhao Gan(甘子钊)

Chin. Phys. B, 2024, 33 (4):  047405

约瑟夫森效应是超导体中的一种量子现象，它允许超导体之间的库珀对通过一个薄绝缘层或弱链接进行无耗散的隧穿，成为构建超导电子学器件的核心基础。同样，通过制备好的约瑟夫森结来观察约瑟夫森效应，在研究非常规铁基超导体的基础物理方面也发挥着至关重要的作用。

本工作利用高能聚焦氦离子束（FHIB）直接结制备技术，在国际上首次成功实现了基于聚焦氦离子束制备方法制备的掺Co的BaFe₂As₂薄膜约瑟夫森结，并研究了不同氦离子辐照剂量下结的电气传输特性。发现这些结在24 K 附近出现了尖锐的超导转变，转变宽度窄至2.5 K，并且出现了与剂量相关的特征电阻变化，这与He⁺ 辐照对结特性的有效调节是一致的。增加He⁺辐照剂量后，J_c 还可显著抑制两个数量级以上，这对实现低噪声离子阱薄膜器件非常有利。同时，在10 GHz微波辐照下，可以观察到明显的夏皮罗阶跃，证实了约瑟夫森结制备成功。

本文对于理解和利用聚焦氦离子束辐照在超导体材料上的应用，特别是在制造约瑟夫森结方面的研究具有重要意义，该方法也首次在铁基超导约瑟夫森结制备中得到很好的验证。通过系统地研究辐照剂量对超导性质的影响，这项工作为铁基超导电子学器件的加工提供了实验数据和理论基础，也为今后研究铁基超导体的机理以及发展高温铁基超导电子学器件奠定了基础。

Layered kagome compound Na₂Ni₃S₄ with topological flat band

Junyao Ye(叶君耀), Yihao Lin(林益浩), Haozhe Wang(王浩哲), Zhida Song(宋志达), Ji Feng(冯济), Weiwei Xie(谢韦伟), and Shuang Jia(贾爽)

Chin. Phys. B, 2024, 33 (5):  057103

具有笼目（kagome）晶格的化合物是凝聚态物理研究的热点材料之一。在笼目晶格中一些特定轨道上的电子由于量子相干效应被局域在六元环内，从而在动量空间中形成无色散的平带（flat band）。理论预言这种拓扑平带可以产生很多新奇的物理现象，比如平带铁磁性、高温超导和魏格纳晶体等。但是在具有笼目晶格的实际材料中，人们观察到的平带往往具有明显的色散。为了寻找更理想的平带，我们合成了一种新的层状镍基笼目化合物Na₂Ni₃S₄，其由[Ni₃S₄]^2-笼目层和层间的钠离子构成。

本文研究了Na₂Ni₃S₄的晶体和能带结构。Na₂Ni₃S₄属于六角晶系，其笼目晶格没有任何畸变，且其层间距显著扩张。能带计算结果表明，在-3 eV到-5 eV之间，Na₂Ni₃S₄具有色散极小的平带。我们进一步的理论分析表明，Na₂Ni₃S₄的平带来源于镍的d_xz轨道。由于该轨道具有C₃+T的旋转对称性，满足了kagome晶格的对称性，最终形成了较理想的平带结构。

鉴于近期在类似结构材料Rb₂Pd₃Se₄和Rb₂Ni₃S₄中观测到了压力诱导的金属-绝缘体相变和超导转变，我们期待在Na₂Ni₃S₄的后续实验中发现新奇的物理现象。

Field induced Chern insulating states in twisted monolayer-bilayer graphene

Zhengwen Wang(王政文), Yingzhuo Han(韩英卓), Kenji Watanabe, Takashi Taniguchi, Yuhang Jiang(姜宇航), and Jinhai Mao(毛金海)

Chin. Phys. B, 2024, 33 (6):  067301

强关联电子体系背景下的拓扑物性研究作为当前凝聚态物理中的前沿课题之一，对于理解物质的几何拓扑属性及其与强关联相互作用具有重要意义。对于二维转角强关联体系，当电位移场调节受到限制时，具有非平庸能带结构的二维转角器件的拓扑物性将不显现。这一特性阻碍了二维转角器件中拓扑物性的研究以及新型二维拓扑材料体系的开发。

针对上述科学问题，本工作借助外加磁场成功地在转角单双层石墨烯（tMBG）中诱导出其拓扑物性，并通过载流子浓度可调的扫描隧道显微镜实现其中陈绝缘体的观测。结果表明，外加磁场作用下tMBG中首先发生金属-绝缘体相变，诱导产生关联绝缘态；关联绝缘态随磁场演化规律表明了其拓扑非平庸性（C = 1, s = 3）；并且随着磁场的进一步增大可能涌现出新的拓扑物态。这一结果说明了磁场在探索二维转角器件中关联拓扑物性中的重要作用，为揭示其中奇异拓扑物性提供了重要实验基础。

Moiré superlattices arising from growth induced by screw dislocations in layered materials

Fuyu Tian(田伏钰), Muhammad Faizan, Xin He(贺欣), Yuanhui Sun(孙远慧), and Lijun Zhang(张立军)

Chin. Phys. B, 2024, 33 (7):  077403

莫尔超晶格是通过在同种层状材料中形成层间转角或者堆叠不同晶格参数的层状材料来实现。所形成的比原始周期单元更大的新周期单元会引入新的周期势场，影响其电子能带结构，并衍生出一系列新奇的物理现象。常用的通过堆叠机械剥离的单层来构建莫尔超晶格的方法，存在转角难控制、界面污染和样品均匀性/尺寸限制等问题，如何丰富莫尔超晶格的构建方法并实现独特的光电性能是该领域的重要挑战。

本研究提出利用螺旋位错驱动的生长策略，构建恒定层间距离的二维莫尔超晶格，并理论预测该策略可在SnS₂莫尔超晶格中实现0.4 eV的带隙调控。该工作的创新性在于：（1）提出螺旋位错驱动生长的二维莫尔超晶格可以实现恒定层间距离的材料生长，增强局部区域的层间耦合作用；（2）提出拼接局部原子结构的策略，近似得到莫尔超晶格结构的整体性质，有效避免了密度泛函理论方法难以开展大体系研究的问题；（3）基于密度泛函理论计算，预测在SnS₂莫尔超晶格中可以实现0.4 eV的带隙调控以及最大20%的光学活性提升。

我们提出的通过螺旋位错驱动小角度莫尔超晶格生长的策略，为在更多种类的二维层状材料中构建摩尔超晶格提供了新的思路。

Manipulation of band gap in 1T-TiSe₂ via rubidium deposition

Yi Ou(欧仪), Lei Chen(陈磊), Zi-Ming Xin(信子鸣), Yu-Jing Ren(任宇靖), Peng-Hao Yuan(袁鹏浩), Zheng-Guo Wang(王政国), Yu Zhu(朱玉), Jing-Zhi Chen(陈景芝), and Yan Zhang(张焱)

Chin. Phys. B, 2024, 33 (8):  087401

对于半导体材料或者半金属材料而言，带隙是电子结构中决定材料物理性质的关键参数。1T-TiSe₂是一个广受关注的二维电荷密度波材料，其电子结构具有小带隙的半导体特征，所以被认为是寻找激子绝缘体相的候选材料。

过去对1T-TiSe₂电子结构的研究主要集中在面内方向，面外方向的能带色散研究较少。本文利用角分辨光电子能谱对1T-TiSe₂面外方向的电子结构进行了研究。数据表明1T-TiSe₂能带在面外方向具有较强的色散，考虑面外方向能带的色散，我们才能对1T-TiSe₂带隙进行准确的测量。在此基础上，本文继续研究了Rb表面沉积对1T-TiSe₂带隙的影响，发现其带隙大小随着Rb沉积的增加逐渐减少，并最终表现出带隙闭合的能谱特征。本文对1T-TiSe₂的面外方向电子结构进行了详细的刻画，并指出表面碱金属沉积是调控1T-TiSe₂带隙的有效手段。

Alternating spin splitting of electronic and magnon bands in two-dimensional altermagnetic materials

Qian Wang(王乾), Da-Wei Wu(邬大为), Guang-Hua Guo(郭光华), Meng-Qiu Long(龙孟秋), and Yun-Peng Wang(王云鹏)

Chin. Phys. B, 2024, 33 (9):  097507

具有rutile结构的反铁磁体具有非常规的电子结构，称为互磁性（altermagnetism）。互磁性是指某些反铁磁体即使在忽略自旋轨道耦合效应时，其能带结构也表现出自旋分裂特性。本文报道了MF₄和TS₂两种磁性二维材料中的互磁性，其中M和 T代表3d和4d过渡金属元素。利用晶体对称性详细分析了RuF₄和MnS₂等材料电子结构中的自旋分裂和磁子能带的劈裂，证实了时间反演对称性破缺是自旋劈裂的必要条件。基于对称性分析和第一性原理计算发现电子能带和磁子色散关系沿同一路径经历了交替的劈裂。具有互磁性的磁性二维材料有望在自旋电子学和磁子学中得到应用。

Structural color of metallic glass through picosecond laser

Yue'e Zhang(张月娥), Xing Tong(童星), Yuqiang Yan(闫玉强), Shuo Cao(曹硕), Hai-Bo Ke(柯海波), and Wei-Hua Wang(汪卫华)

Chin. Phys. B, 2024, 33 (10):  108104

近年来，超快脉冲激光因其超短脉冲持续时间及超高加工频率而广泛应用于金属表面加工。利用超快激光在金属表面形成的丰富多彩的结构色为激光着色在微观设计和工业应用方面提供了更高效，工艺更简单的策略。研究超快脉冲激光与金属表面物质相互作用的着色原理，对于进一步扩展超快脉冲激光应用和丰富金属结构件功能具有重要意义。

本文研究了皮秒激光在热塑性压铸成型的大块金属玻璃表面着色的机制，解释了着色的主要影响因素，即表面结构颜色、表面几何形状和激光加工氧化物之间的关系。研究结果表明，在激光能量密度低于一定阈值时，表面形成周期性三维光栅结构起到主要作用，其光栅结构的不同高度和角度使得表面结构色发生变化；当能量密度超过该阈值时，成分中铝粒子将电子转移到界面上的非晶基底上，但是激光与基底相互作用产生的高压会抑制氧的迁移，导致了氧化物之间比例变化，从而呈现不同颜色。本研究为激光着色的基础研究提供了全面深入的机制分析，并为实际应用提供了理论基础。

Gas encapsulation technology for large volume press

Minghao Du(杜明浩) and Duanwei He(贺端威)

Chin. Phys. B, 2024, 33 (11):  110701

在工业生产中，大腔体压机因其能在保持较大样品尺寸的同时实现高压而广受青睐。然而，尽管其应用广泛，迄今为止，关于大体积压机的气体封装技术尚未有深入研究。这一研究领域的空白促使了我们团队对大体积压机中的二氧化碳封装技术进行了深入探索。本研究采用了一种集成的低温冷冻和快速压缩密封方法，针对大体积压机（LVP）单元组装体进行操作。这种方法使我们能够在超过1500K的温度和超过5 GPa的压力条件下，实现厘米级样品室中二氧化碳的稳定封装和长时间（超过10分钟）的反应处理。我们的研究成功实现了在极端条件下二氧化碳的稳定封装，这一成果在以往的研究中尚未见报道。我们的方法不仅提高了封装效率，还确保了实验的安全性和可靠性。这项研究不仅填补了大体积压机气体封装技术的研究空白，而且对于推动相关工业应用的发展具有重要意义。通过提高封装效率和稳定性，我们的技术有助于优化工业生产流程，降低成本，并提高产品质量。我们相信，这项研究将对广泛的科学界产生兴趣。随着技术的进一步发展和应用，它有望在材料科学、化学工程以及环境科学等多个领域发挥重要作用，特别是在需要高压和高温条件下进行气体处理的应用场景中。

Chiral polaritons in semiconductor perovskite metasurface enhanced by bound states in the continuum

Dun Wang(汪顿), Albert Y. Xiong, Julia Q. Zhang, Zengde She(佘增德), Xiaofeng Kang(康晓峰), Ying Zhu(朱莹), Sanjib Ghosh, and Qihua Xiong(熊启华)

Chin. Phys. B, 2024, 33 (12):  128103

手性是指物体不能通过平移和旋转操作与自己的镜像重合的特性。手性光在光计算、传感、化学反应调控等领域有着广泛应用，所以目前光学领域的重要研究目标之一就是实现紧凑、偏振度高的手性光源。尽管人们在这一方向上已作出许多努力，但仍存在品质因数（Q值）较低，发射角度受限等挑战。

本文作者利用“连续域中束缚态”（BIC）的概念，数值模拟设计了基于钙钛矿的超表面结构，该体系在Γ点支持由对称性保护的BIC。通过打破面内和面外对称性，实现了具有内禀手性的准BIC——在正入射时具有接近1的圆二色性。本工作还展示了激子与准BIC模式的强耦合，形成的激子极化激元也继承了明显的内禀手性。这一设计有望应用于极化激元手性发光器件和低阈值激光。

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