Although Weyl fermions have proven elusive in high-energy physics, their existence as emergent quasiparticles has been predicted in certain crystalline solids in which either inversion or time-reversal symmetry is broken\cite{WanPRB2011,BurkovPRL2011, WengPRX2015,HuangNatComm2015}. Recently they have been observed in transition metal monopnictides (TMMPs) such as TaAs, a class of noncentrosymmetric materials that heretofore received only limited attention \cite{XuScience2015, LvPRX2015, YangNatPhys2015}. The question that arises now is whether these materials will exhibit novel, enhanced, or technologically applicable electronic properties. The TMMPs are polar metals, a rare subset of inversion-breaking crystals that would allow spontaneous polarization, were it not screened by conduction electrons \cite{anderson1965symmetry,shi2013ferroelectric,kim2016polar}. Despite the absence of spontaneous polarization, polar metals can exhibit other signatures of inversion-symmetry breaking, most notably second-order nonlinear optical polarizability, $\chi^{(2)}$, leading to phenomena such as optical rectification and second-harmonic generation (SHG). Here we report measurements of SHG that reveal a giant, anisotropic $\chi^{(2)}$ in the TMMPs TaAs, TaP, and NbAs. With the fundamental and second harmonic fields oriented parallel to the polar axis, the value of $\chi^{(2)}$ is larger by almost one order of magnitude than its value in the archetypal electro-optic materials GaAs \cite{bergfeld2003second} and ZnTe \cite{wagner1998dispersion}, and in fact larger than reported in any crystal to date.

When a polarized light beam is incident upon the surface of a magnetic material, the reflected light undergoes a polarization rotation. This magneto-optical Kerr effect (MOKE) has been intensively studied in a variety of ferro- and ferrimagnetic materials because it provides a powerful probe for electronic and magnetic properties as well as for various applications including magneto-optical recording. Recently, there has been a surge of interest in antiferromagnets (AFMs) as prospective spintronic materials for high-density and ultrafast memory devices, owing to their vanishingly small stray field and orders of magnitude faster spin dynamics compared to their ferromagnetic counterparts. In fact, the MOKE has proven useful for the study and application of the antiferromagnetic (AF) state. Although limited to insulators, certain types of AFMs are known to exhibit a large MOKE, as they are weak ferromagnets due to canting of the otherwise collinear spin structure. Here we report the first observation of a large MOKE signal in an AF metal at room temperature. In particular, we find that despite a vanishingly small magnetization of $M \sim$0.002 $\mu_{\rm B}$/Mn, the non-collinear AF metal Mn$_3$Sn exhibits a large zero-field MOKE with a polar Kerr rotation angle of 20 milli-degrees, comparable to ferromagnetic metals. Our first-principles calculations have clarified that ferroic ordering of magnetic octupoles in the non-collinear Neel state may cause a large MOKE even in its fully compensated AF state without spin magnetization. This large MOKE further allows imaging of the magnetic octupole domains and their reversal induced by magnetic field. The observation of a large MOKE in an AF metal should open new avenues for the study of domain dynamics as well as spintronics using AFMs.

Time-domain terahertz polarimetry is used to measure the fine-structure constant in the solid state.

We report the THz response of thin films of the topological insulator ${\mathrm{Bi}}_{2}{\mathrm{Se}}_{3}$. At low frequencies, transport is essentially thickness independent showing the dominant contribution of the surface electrons. Despite their extended exposure to ambient conditions, these surfaces exhibit robust properties including narrow, almost thickness-independent Drude peaks, and an unprecedentedly large polarization rotation of linearly polarized light reflected in an applied magnetic field. This Kerr rotation can be as large as 65\ifmmode^\circ\else\textdegree\fi{} and can be explained by a cyclotron resonance effect of the surface states.

We report the observation of second harmonic generation with high conversion efficiency $\ensuremath{\sim}0.005%$ in the terahertz regime from thin films of the topological insulator ${\mathrm{Bi}}_{2}{\mathrm{Se}}_{3}$ that exhibits the linear photogalvanic effect, measured via time-domain terahertz nonlinear spectroscopy and terahertz emission, respectively. As neither phenomena is observable from topologically trivial In-doped ${\mathrm{Bi}}_{2}{\mathrm{Se}}_{3}$, and since no enhancement is observed when subject to band bending, the efficient thickness-independent nonliear responses are attributable to the Dirac fermions of topological surface states of ${\mathrm{Bi}}_{2}{\mathrm{Se}}_{3}$. This observation of intrinsic terahertz second harmonic generation in an equilibrium system unlocks the full suite of both even and odd harmonic orders in the terahertz regime and opens new pathways to probing quantum geometry via intraband second-order nonlinear processes. We hope our work will motivate the theoretical development of a full treatment of second harmonic generation for probing the quantum geometry in various inversion-breaking topological and twisted materials.

Abstract Food, water, energy and carbon (F-W-E-C), as important factors of urban development, have synergistic effects and trade-off effects with each other. Scientifically assessing the impact of urbanization on the F-W-E-C nexus is beneficial to optimize the urban development layout and achieve the sustainable urban development. Nevertheless, extant studies have not evaluated the impact and influencing pathways of urbanization on the F-W-E-C nexus. In this study, the Coupling Coordination Degree Model is used to explore the F-W-E-C nexus of 252 prefecture-level cities in China. The panel data model and mediating effect model are utilized to study the impact of urbanization on the F-W-E-C nexus and the impact pathways. This study finds that the F-W-E-C nexus across Chinese cities is weak trade-off. The urbanization promotes the synergy of F-W-E-C. The positive impact is greater in the central cities than in the eastern and western cities, and is greater in medium-sized cities than in small cities, large cities and above. The technological progress is an important pathway of urbanization impacting the F-W-E-C nexus, and assists urbanization to generate a positive influence on the F-W-E-C nexus. This research has implications for promoting a systematic, orderly, and rational coordination development of F-W-E-C and for sustainable urbanization development in China and the world.

α -MnTe is an antiferromagnetic semiconductor with above room temperature TN = 310 K, which is promising for spintronic applications. Recently, it was reported to be an altermagnet, containing bands with momentum-dependent spin splitting; time-resolved experimental probes of MnTe are, therefore, important both for understanding novel magnetic properties and potential device applications. We investigate ultrafast spin dynamics in epitaxial MnTe(001)/InP(111) thin films using pump-probe magneto-optical measurements in the Kerr configuration. At room temperature, we observe an oscillation mode at 55 GHz that does not appear at zero magnetic field. Combining field and polarization dependence, we identify this mode as a magnon, likely originating from inverse stimulated Raman scattering. Magnetic field-dependent oscillations persist up to at least 335 K, which could reflect coupling to known short-range magnetic order in MnTe above TN. Additionally, we observe two optical phonons at 3.6 and 4.2 THz, which broaden and redshift with increasing temperature.