論文の概要: Discovery of a topological exciton insulator with tunable momentum order

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2312.15862v2
• Date: Thu, 30 Jan 2025 16:57:56 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-01-31 22:50:03.762093
• Title: Discovery of a topological exciton insulator with tunable momentum order
• Title（参考訳）: 調整可能な運動量秩序を持つトポロジカルエキシトン絶縁体の発見
• Authors: Md Shafayat Hossain, Tyler A. Cochran, Yu-Xiao Jiang, Songbo Zhang, Huangyu Wu, Xiaoxiong Liu, Xiquan Zheng, Byunghoon Kim, Guangming Cheng, Qi Zhang, Maksim Litskevich, Junyi Zhang, Zi-Jia Cheng, Jinjin Liu, Jia-Xin Yin, Xian P. Yang, Jonathan Denlinger, Massimo Tallarida, Ji Dai, Elio Vescovo, Anil Rajapitamahuni, Hu Miao, Nan Yao, Anna Keselman, Yingying Peng, Yugui Yao, Zhiwei Wang, Luis Balicas, Titus Neupert, M. Zahid Hasan,
• Abstract要約: 関連したトポロジカル材料は、しばしば物理対称性の微妙なバランスを維持している。 対称性の破れが非自明な位相を誘導するケースを見つけることはまれである。 Ta2Pd3Te5では、クーロン相互作用が励起子を形成し、100K以下で凝縮する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 7.4675813849473665
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Correlated topological materials often maintain a delicate balance among physical symmetries: many topological orders are symmetry protected, while most correlated phenomena arise from spontaneous symmetry breaking. It is rare to find cases where symmetry breaking induces a non-trivial topological phase. Here, we present the discovery of such a phase in Ta2Pd3Te5, where Coulomb interactions form excitons, which condense below 100 K, opening a topological gap and creating a topological excitonic insulator. Our spectroscopy reveals the full spectral bulk gap stemming from exciton condensation. This excitonic insulator state spontaneously breaks mirror symmetries but involves a very weak structural coupling, as indicated by photoemission spectroscopy, thermodynamic measurements, and a detailed structural analysis. Notably, scanning tunneling microscopy uncovers gapless boundary modes in the bulk insulating phase. Their magnetic field response, together with theoretical modeling, suggests a topological origin. These observations establish Ta2Pd3Te5 as the first confirmed topological excitonic insulator in a three-dimensional crystal. This allows to access the associated physics through bulk-sensitive techniques. Furthermore, we uncover another surprising aspect of the topological excitonic insulator, a secondary excitonic instability near 5 K that breaks the translational symmetry. The wavevector of this state shows an unprecedented magnetic field tunability. Thus, we unveil a unique sequence of topological exciton condensations in a bulk crystal, offering new opportunities to study critical behavior and excitations.
• Abstract（参考訳）: 多くのトポロジカル秩序は対称性を保護しているが、ほとんどの相関する現象は自然対称性の破れから生じる。 対称性の破れが非自明な位相を誘導するケースを見つけることはまれである。 ここでは、Ta2Pd3Te5において、クーロン相互作用が100K未満の励起子を形成し、トポロジカルギャップを開き、トポロジカルエキシトニック絶縁体を形成する。 以上の結果から,エキシトン凝縮による全スペクトルバルクギャップが明らかとなった。 この励起絶縁体状態は鏡対称性を自発的に破壊するが、光電子分光法、熱力学測定、詳細な構造解析によって示されるように非常に弱い構造結合を伴う。 特に、走査型トンネル顕微鏡はバルク絶縁相における隙間のない境界モードを明らかにする。 それらの磁場応答と理論モデリングは、トポロジカルな起源を示唆している。 これらの観測により、Ta2Pd3Te5は3次元結晶の中で初めて確認されたトポロジカルエキトニック絶縁体となった。 これにより、バルク感度技術によって関連する物理学にアクセスすることができる。 さらに、トポロジカル・エキトニック・絶縁体(英語版)の別の驚くべき側面、すなわち5K付近の二次的エキトニック・不安定性は、翻訳対称性を破る。 この状態の波動ベクトルは、前例のない磁場のチューニング性を示す。 そこで我々は, バルク結晶中のトポロジカルエキシトン凝縮のユニークな配列を明らかにし, 臨界挙動と励起を研究する新たな機会を提供する。

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