The experimentally measured angle-resolved photoemission dispersion maps for MnBi$_{2}$Te$_{4}$ samples, which show different energy gaps at the Dirac point (DP), are compared with the results of theoretical calculations to find the conditions for the best agreement between theory and experiment. We have analyzed different factors which influence the Dirac gap width: (i) the surface van der Waals (SvdW) distance between the first and second septuple layers (SLs), (ii) the magnetic moment on Mn atoms, (iii) the spin-orbit coupling (SOC) strength for the surface Te and Bi atoms and related changes in the localization of the topological surface states (TSSs). It was shown that all these factors may change the gap width at the DP in a wide range from 5 to $\sim$90~meV. We show that the Dirac gap variation is mainly determined by the corresponding changes in the TSSs spatial distribution. The best agreement between the presented experimental data (with the Dirac gaps between $\sim$15 and 55~meV) and the calculations takes place for a slightly compressed SvdW interval (of about -3.5~\% compared to the bulk value) with modified SOC for surface atoms (that can occur in the presence of various defects in the near-surface region). We show that upon changing the values of the SvdW interval and surface SOC strength the TSSs spatial distribution shifts between the SLs with opposite magnetizations, which leads to a non-monotonic change in the Dirac gap size.
Tunable dynamical magnetoelectric effect in antiferromagnetic topological insulator MnBi$_2$Te$_4$ films
40多年前,在粒子物理学中,为了解决强$\mathcal{CP}$(电荷共轭和宇称)难题,轴子被假定为具有低质量和弱相互作用的基本粒子。轴子也被认为是宇宙暗物质的可能组成部分。然而,自然界中轴子的存在尚未得到证实。有趣的是,轴子是从凝聚态物理中的陈-西蒙斯理论衍生出来的赝标量场。在反铁磁绝缘体中,自旋波激发可以动态诱导轴子场,并表现出丰富的奇异现象,例如手征磁效应、轴子极化激元等,但由于缺乏真实材料,对动态轴子场的研究还很少见。最近,MnBi $_2$ Te $_4$被发现是一种反铁磁拓扑绝缘体,其量子化的轴子场受到反转对称性$\mathcal{P}$和磁晶对称性$\mathcal{S}$的保护。本文研究了$\mathcal{P}$和$\mathcal{S}$对称性自发破缺的MnBi $_2$ Te $_4$薄膜,发现通过调节MnBi $_2$ Te $_4$薄膜的厚度、温度和元素替代,可以实现动态轴子场和可调的动态磁电效应.我们的研究结果为反铁磁拓扑绝缘体MnBi $_2$ Te $_4$及相关材料中轴子动力学的研究开辟了广阔的途径,也有望推动暗物质的研究.
Analytical solution for the surface states of antiferromagnetic topological insulator MnBi$_2$Te$_4$
近年来,内禀磁性拓扑绝缘体MnBi $_2$ Te $_4$引起了人们的极大关注。它具有面外反铁磁序,这被认为在表面态中打开了相当大的能隙。然而,在最新的角度分辨光电子能谱(ARPES)实验中并不总是可以观察到这种间隙。为了解决这个问题,我们分析推导出一个有效的模型的二维(2D)表面状态开始从一个三维(3D)的哈密顿体MnBi $_2$ Te $_4$,并考虑到空间分布的体磁化。我们的计算表明,减少的表面间隙可能是由一个更小,更本地化的层内铁磁秩序。此外,我们还计算了表面态的空间分布和穿透深度,结果表明表面态主要嵌入在从终止表面算起的前两个七重层中。从我们的分析结果中,可以明确地发现体参数对表面态的影响。此外,我们推导出一个$\bf{k}\cdot \bf{p}$模型的MnBi $_2$ Te $_4$薄膜,并显示奇数和偶数七层之间的陈数振荡。我们的研究结果将有助于MnBi $_x$ Te $_y$家族的进一步探索。
Antiferromagnetic Topological Insulator MnBi2Te4: Synthesis and Magnetic properties
最近,MnBi_2 Te_4作为第一个被发现的本征反铁磁拓扑绝缘体(AFM TI),将成为发现奇异拓扑量子现象的一种很有前途的材料。在本工作中,我们通过固相反应成功合成了高质量的MnBi 2 Te 4单晶。通过粉末X射线衍射(PXRD)和高分辨高角度环形暗场扫描透射电子显微镜(HAADF-STEM)分析,所生长的MnBi 2 Te 4单晶具有由七个Te-Bi-Te-Mn-Te-Bi-Te序列组成的范德华层状结构。低于25 K的磁序作为MnBi 2 Te 4晶体中Mn层之间的A型反铁磁相互作用的结果,表明反铁磁性和拓扑量子态之间的独特的相互作用。MnBi_2Te_4单晶的输运测量进一步证实了其磁转变。此外,MnBi_2Te_4的表面不稳定,在空气中容易被氧化,值得注意的是,继续研究少层样品。对MnBi 2 Te 4的第一个AFM TI的研究将指导未来对MBixTey家族(M = Ni,V,Ti等)中其他潜在候选者的研究。
Giant universal conductance fluctuations in the antiferromagnetic topological insulator MnBi2Te4
Leibniz Institute for Solid State and Materials Research, IFW Dresden(德累斯顿IFW固体与材料研究所);TU Dresden(德累斯顿工业大学);Université Grenoble Alpes(格勒诺布尔阿尔卑斯大学);CNRS(法国国家科学研究中心);CEA(法国原子能和替代能源委员会);Technical University of Dortmund(多特蒙德工业大学);Research Center ”Future Energy Materials and Systems”(未来能源材料与系统研究中心);Laboratoire National des Champs Magnetiques Intenses LNCMI(强磁场国家实验室)
Strongly Gapped Topological Surface States on Protected Surfaces of Antiferromagnetic MnBi$_4$Te$_7$ and MnBi$_6$Te$_{10}$
对支持量子反常霍尔效应(QAHE)的材料的研究最近集中在包括MnBi $_2$ Te $_4$或由MnBi $_2$ Te $_4$和Bi $_2$ Te $_3$构成的异质结构的本征磁性拓扑绝缘体(MTI)上。虽然MnBi $_2$ Te $_4$本身是一种MTI,但最近的ARPES实验表明,这种材料的表面状态缺乏磁致时间反转对称性破缺(TRSB)所预期的质量间隙,这种质量间隙的缺乏可能是由于表面磁无序。在这里,利用小光斑ARPES扫描整个表面的MnBi $_4$ Te $_7$和MnBi $_6$ Te $_{10}$,我们表明存在大的质量间隙当MnBi $_2$ Te $_4$表面被埋在一层Bi $_2$ Te $_3$下面时,这两种材料上的磁场强度(~ 100 meV量级)明显地保护磁序,但当MnBi $_2$ Te $_4$表面暴露在表面处或埋在两个Bi $_2$ Te $_3$层下方时,则不会。这使得MnBi $_4$ Te $_7$和MnBi $_6$ Te $_{10}$都是支持QAHE的优秀候选物,特别是如果可以在表面处用单个连续Bi $_2$ Te $_3$层制造体器件。
近年来,反铁磁拓扑绝缘体(TI)MnBi $_2$ Te $_4$的发现引发了人们对新的磁拓扑物理的探索。基于第一性原理计算,我们发现磁性取向和有序度的改变不仅显著影响了MnBi $_2$ Te $_4$中的材料对称性和轨道杂化,而且导致了新的磁性拓扑相的变化.因此,我们预测了一系列不寻常的拓扑量子相变,是磁性可控的材料,包括相变从AFM TI到AFM镜拓扑晶体绝缘体,从II型到I型拓扑Weyl半金属,从轴子绝缘体到陈绝缘体。这些发现为磁性拓扑材料的未来研究和应用开辟了新的机会。
The Layer-inserting Growth of Antiferromagnetic Topological Insulator MnBi$_2$Te$_4$ Based on Symmetry and Its X-ray Photoelectron Spectroscopy
反铁磁拓扑绝缘体由于其固有的磁性和拓扑性质,成为实现高温量子反常霍尔效应(QAHE)的潜在材料。到目前为止,只有MnBi $_2$ Te $_4$被预测并成功生长。其它MB $_2$ T $_4$族材料(MB $_2$ T $_4$:M=过渡金属或稀土元素,B=Bi或Sb,T=Te,Se或S)不仅具有反铁磁拓扑性质,而且具有丰富的奇异拓扑量子态和动态稳定(或亚稳)结构,但尚未在实验上完全实现。在这里,MnBi $_2$ Te $_4$单晶已成功生长和测试。它具有典型的反铁磁性质,其Neel温度为24.5K,在H $\thickapprox$ 35000 Oe,1.8K处发生自旋翻转转变。在获得MnBi $_2$ Te $_4$单晶后,我们尝试合成MB $_2$ T $_4$族材料的其他成员,但进展并不顺利。这启发我们对MnBi $_2$ Te $_4$的生长机制进行了探讨。我们的X射线光电子能谱学(XPS)测量结果支持了这种生长模式可能是基于对称性的插层生长模式。结合$Ar^+$离子溅射的XPS测量研究了MnBi $_2$ Te $_4$的化学状态。与MnBi $_2$ Te $_4$相关的对Mn 2 p和Te 3d谱的贡献的结合能(BE)与插入材料$α$-MnTe的结合能(BE)很好地一致。已观察到随着配体的原子序数(从MnO到MnBi $_2$ Te $_4$),二价Mn(与硫…
Group theory study of the vibrational modes and magnetic order in the topological antiferromagnet MnBi$_2$Te$_4$
本文利用群论方法研究了反铁磁拓扑绝缘体MnBi $_2$ Te $_4$的晶格振动和磁序性质。在顺磁相,我们得到的简并,选择规则,和实空间位移的晶格振动模式为不同的堆叠配置。我们将讨论磁性如何影响这些结果。作为一个代表性的例子,我们考虑了双七层系统,并获得了晶体对称性所允许的磁序形式。我们推导出允许的耦合项,描述顺磁反铁磁过渡。最后,我们讨论了拉曼散射和其他光学测量的结果的影响。我们的工作为更深入地了解MnBi $_2$ Te $_4$和其他与磁性相关的材料中晶格模式、能带拓扑和磁序的相互作用奠定了基础。
Mapping the Dirac fermions in intrinsic antiferromagnetic topological insulators (MnBi$_2$Te$_4$)(Bi$_2$Te$_3$)$_n$ (n=0, 1)
在MnBi $_2$ Te $_4$(Bi $_2$ Te $_3$)$_n$化合物中,具有内禀磁有序的拓扑表面态被预测为包含丰富的拓扑现象,包括量子化的反常霍尔效应和轴子绝缘体态.在这里,我们使用扫描隧道显微镜成像的表面狄拉克费米子在MnBi $_2$ Te $_4$和MnBi $_4$ Te $_7$。我们通过远高于Dirac能量的准粒子干涉图样确定了表面态的能量色散和螺旋自旋织构,证实了其拓扑性质。接近狄拉克点,在MnBi $_2$ Te $_4$七重层中的本征缺陷引起共振状态,其在空间上延伸并且潜在地阻碍光谱中的质量间隙的检测。我们的研究结果表明,调节缺陷是必不可少的,以实现奇异的拓扑状态,在这些化合物在较高的温度。
Layer Zero-Line Modes in Antiferromagnetic Topological Insulators
最近,在反铁磁拓扑绝缘体MnBi $_2$ Te $_4$中实验观察到了磁畴壁,我们发现沿着畴壁出现了拓扑零线模(ZLM)。在这里,我们从理论上证明,这些ZLM是层依赖于MnBi $_2$ Te $_4$多层膜。对于具有面外铁磁性的畴壁,我们发现ZLM均匀地分布在奇数层中。当畴壁具有面内磁化时,由于面内镜像对称破缺,ZLM也可以存在于偶数层中。此外,随着层厚度的增加,导电通道主要分布在最外层中。我们的研究结果奠定了一个战略,在操纵ZLM,也可以用来区分相应的磁结构。
Coexistence of Superconductivity and Antiferromagnetism in Topological Magnet MnBi2Te4 Films
The Pennsylvania State University(宾夕法尼亚州立大学);Paul Scherrer Institute(保罗谢尔研究所);National Institute of Standards and Technology(美国国家标准与技术研究院);National High Magnetic Field Laboratory(国家高磁场实验室)
Gate-tunable magnetoresistance in six-septuple-layer MnBi$_2$Te$_4$
最近发现的反铁磁拓扑绝缘体MnBi $_2$ Te $_4$具有多种奇异的拓扑量子相,如轴子绝缘体和陈氏绝缘体态。在这里,我们报告系统的栅极电压依赖于磁输运的研究在六个七层MnBi $_2$ Te $_4$。在p型载流子区,当MnBi $_2$ Te $_4$在铁磁态被面外磁场极化时,我们观察到正的线性磁阻。而在n型区,观察到明显的负磁电阻行为。在这两个制度的磁阻是非常强大的对温度,甚至高达内尔温度。在反铁磁状态下,当施加栅极电压时,磁电阻的行为表现出从负到正的转变。实验相图中不同磁阻行为之间的边界可以通过表示自旋翻转转变过程的与栅电压无关的磁场来明确表征。丰富的输运现象显示了MnBi $_2$ Te $_4$中拓扑结构、磁性和维数之间复杂的相互作用。
Dynamical axion state with hidden pseudospin Chern numbers in MnBi$_{2}$Te$_{4}$-based heterostructures
轴子是一种假想的基本粒子,最初是为了解决粒子物理学中的电荷共轭-宇称问题而提出的。有趣的是,轴子态出现在拓扑绝缘体的有效理论中,并在凝聚态物理中引起了广泛的关注。时间反演或反转对称性约束了要被量化的轴子场$θ$。当时间反演和反转对称性都被反铁磁序打破时,轴子场$θ$会随着磁场涨落而变得非量子化和动态化,这被称为动态轴子场。在这里,我们揭示了广泛的一类拓扑绝缘体为基础的动力学轴子状态可以区分从正常的绝缘体为基础的一个隐藏的量从赝自旋陈数。受最近对MnBi $_{2}$ Te $_{4}$族材料的研究的启发,我们进一步表明,这种基于拓扑绝缘体的动力学轴子态有望在基于MnBi $_{2}$ Te $_{4}$的异质结构中实现,这将极大地促进凝聚态物理中轴子电动力学的研究。
Möbius Insulator and Higher-Order Topology in MnBi$_{2n}$Te$_{3n+1}$
我们提出MnBi $_{2n}$ Te $_{3n+1}$作为一个磁可调平台,实现各种安全保护的高阶拓扑结构。其倾斜的反铁磁相可以容纳具有莫比乌斯扭曲的奇异拓扑表面状态,这些状态受到非对称对称性的保护。此外,承载莫比乌斯费米子的相对表面通过一维手征铰链模式连接,这提供了高阶拓扑莫比乌斯绝缘体的第一个材料候选者。我们揭示了一个一般的机制,可行地诱导这种奇异的物理通过施加一个小的面内磁场的反铁磁拓扑绝缘相的MnBi $_{2n}$ Te $_{3n+1}$,以及其他建议的轴子绝缘体。对于其他的磁性配置,两类反转保护的高阶拓扑相是普遍存在的,在这个系统中,这都表现出带隙表面和无隙手征铰链模式。我们系统地讨论了它们的分类,微观机制和实验签名。值得注意的是,不同的手性铰链模式配置之间的磁场诱导的过渡提供了一个有效的“拓扑磁开关”。
Meta-magnetism of weakly-coupled antiferromagnetic topological insulators
通过磁输运测量研究了范德华磁性拓扑绝缘体MnBi $_2$ Te $_4$和MnBi $_4$ Te $_7$的磁性.我们的证据表明,层间交换耦合J的单轴各向异性K的相对强度控制从A型反铁磁秩序的铁磁变磁状态的过渡。双层Stoner-Wohlfarth模型使我们能够描述这种演变,以及特定签名的典型角度依赖性,例如单轴反铁磁体的自旋翻转过渡和变磁体的开关场。
Magnetic-field-induced robust zero Hall plateau state in MnBi$_2$Te$_4$ Chern insulator
本征反铁磁拓扑绝缘体MnBi 2 Te 4为探索奇异拓扑量子现象提供了一个理想的平台。近年来,在低磁场区,少层MnBi_2Te_4器件中实现了Chern绝缘体相和轴子绝缘体相。然而,MnBi_2 Te_4在强磁场中的命运还没有在实验中探索过。在这项工作中,我们报告的剥离MnBi 2 Te 4薄片在脉冲磁场高达61.5 T的输运研究。在高场极限下,Chern数C = -1的Chern绝缘体相演化为鲁棒的零霍尔电阻平台态。非局域输运测量和理论计算表明,在强磁场中,零霍尔平台态的电荷输运是由朗道能级和大塞曼效应共同作用产生的两个反向传播的边缘态进行的.我们的结果表明,复杂的相互作用之间的内在磁秩序,外部磁场,和非平凡的能带拓扑结构MnBi 2 Te 4。
Robust axion insulator and Chern insulator phases in a two-dimensional antiferromagnetic topological insulator
二维(2D)材料中的非平凡拓扑结构和磁性之间的复杂相互作用导致了许多新现象和功能的出现。一个突出的例子是量子反常霍尔(QAH)效应,它是在没有磁场的情况下在磁掺杂拓扑绝缘体中实现的。最近,层状范德华化合物MnBi_2Te_4被理论预测和实验验证为具有层间反铁磁(AFM)有序的TI。它是一种罕见的拓扑和磁性共存的化学计量材料,因此代表了复杂拓扑-磁性结构的完美构建块。在这里,我们研究了场效应晶体管几何结构中块体晶体和剥落的MnBi 2 Te 4薄片的量子输运行为。在6七层(SL)设备调谐到绝缘制度,我们观察到一个大的纵向电阻和零霍尔平台,这是轴子绝缘体状态的特点。在零磁场、宽磁场范围和相对高的温度下,都能出现强的轴子绝缘体状态。此外,一个中等的磁场驱动量子相变从轴子绝缘体相到陈绝缘体相具有零纵向电阻和量子化霍尔电阻h/e2(h是普朗克常数和e是元素电荷)。这些结果为利用偶数阶半导体MnBi_2Te_4实现凝聚态系统的量子化拓扑磁电效应和轴子电动力学奠定了基础。
Intrinsic magnetic topological insulators in van der Waals layered MnBi$_2$Te$_4$-family materials
磁性与拓扑学的相互作用是凝聚态物理和材料科学的重要研究课题,它为探索量子反常霍尔效应、轴子电动力学和马约拉纳费米子等新兴物理提供了巨大的机会。然而,由于缺乏合适的工作材料,这些奇异的物理效应在实验中很少实现。在这里,我们预测,范德华层状MnBi $_2$ Te $_4$ -家庭材料显示二维(2D)铁磁性在单层和三维(3D)$A$型反铁磁性在块体,这可以作为一个新一代的材料平台,为国家的最先进的研究。值得注意的是,我们预测非常丰富的拓扑量子效应与突出的功能,在实验可用的材料MnBi $_2$ Te $_4$,包括3D反铁磁拓扑绝缘体与长期寻求的拓扑轴子状态,II型磁性Weyl半金属(WSM)与简单的一对Weyl点,和高温本征QAH效应。这些惊人的预测,如果实验证明,可能会深刻地改变拓扑量子物理学的未来研究和技术。
Topological axion states in magnetic insulator MnBi$_2$Te$_4$ with the quantized magnetoelectric effect
量子物质的拓扑态在凝聚态物理和材料科学中引起了极大的关注。量子材料中的时间反演不变(TRI)拓扑态的研究在理论和实验上都取得了巨大的进展。作为一个巨大的成功,成千上万的TRI拓扑材料预测通过扫描搜索。由于磁性拓扑材料的磁结构多样,人们期望在其中出现更丰富的奇异现象,但由于磁性拓扑材料的磁结构和相变复杂,这方面的研究相对滞后。在这里,我们预测的tetradymite型化合物MnBi $_2$ Te $_4$和它的相关材料主机有趣的磁性拓扑状态。MnBi $_2$ Te $_4$的磁基态是一个反铁磁相,它导致一个具有大的拓扑非平凡能隙($\sim$ 0.2~eV)的反铁磁拓扑绝缘体态.它是轴子态的母态,具有带隙的体态和表面态,以及量子化的拓扑磁电效应。MnBi $_2$ Te $_4$的铁磁相导致在费米能级上具有两个Weyl点以及一个空穴型和一个电子型费米口袋的理想的最小II型Weyl半金属,这在其他地方从未发现过。我们进一步提出了一个简单而统一的连续介质模型来描述这类材料的显著拓扑特征。
Nanomechanical Characterization of an Antiferromagnetic Topological Insulator
反铁磁拓扑绝缘体MnBi 2 Te 4(MBT)是研究奇异拓扑现象和磁性的理想平台。磁性相变在MBT族材料的输运特征已经得到了很好的研究。然而,它们的机械性能和磁-机械耦合还没有得到很好的探索。我们利用奈米机电系统,透过磁性薄膜的磁致伸缩耦合来研究磁性薄膜的内禀磁性。我们研究了不同温度下反铁磁(AFM)-倾斜反铁磁(cAFM)-铁磁(FM)磁相变随磁场变化的机械共振特征。通过机械共振的频移揭示了MBT中的自旋翻转跃迁。随着温度高于TN,跃迁在共振频率图中消失,与运输测量一致。我们使用一个磁致伸缩模型来关联的频率偏移与自旋倾斜状态。我们的工作展示了一种研究磁性拓扑绝缘体的磁相变、磁化强度和磁弹性性质的技术。
Nonreciprocal transport in a bilayer of MnBi2Te4 and Pt
MnBi 2 Te 4(MBT)是第一个具有自旋-动量锁定表面电子和内禀磁性相互作用的内禀磁性拓扑绝缘体,表现出新颖的磁性和拓扑现象。最近的研究表明,由于不可避免的结构缺陷,电子和磁性的相互作用可能会受到表面Mn掺杂的Bi 2 Te 3相的影响。在这里,我们报告的观察非互易运输,即电流方向依赖的电阻,在反铁磁MBT和铂族化合物组成的双层。Néel温度以下的非互易响应的出现证实了MBT表面态的非互易性和内禀磁性之间的相关性。非互易输运的角度依赖性表明,非互易响应起源于磁振子介导的电子在MBT表面的不对称散射。我们的工作提供了一个洞察非互易性所产生的磁性和狄拉克表面电子之间的相关性的内在磁性拓扑绝缘体。
Realizing gapped surface states in magnetic topological insulator MnBi$_{2-x}$Sb$_{x}$Te$_{4}$
磁性拓扑绝缘体(MTI)中的磁性与非平凡拓扑之间的相互作用有望产生各种奇异的拓扑量子现象,如量子反常霍尔(QAH)效应和拓扑轴子态。评估这些新特性的一个关键是调整狄拉克表面带的交换能隙中的费米能级。MnBi $_2$ Te $_4$具有能够实现所有这些量子态的具有本征反铁磁(AFM)态的非平凡能带拓扑,然而,MnBi $_2$ Te $_4$晶体的高度电子掺杂性质阻碍了带隙拓扑表面态的展现。在这里,我们通过Sb取代来定制材料,以揭示MnBi $_{2-x}$ Sb $_{x}$ Te $_{4}$(MBST)中的带隙表面态。通过将费米能级移动到MBST的体带隙中,我们访问表面态,并通过扫描隧道显微镜/光谱(STM/STS)测量的准粒子干涉(QPI)在狄拉克点处显示50 meV的带隙。通过多探针STM测量的输运光谱,在Néel温度以下证实了表面主导传导。表面带隙对面外磁场具有鲁棒性,尽管场致铁磁性的促进。具有大交换带隙的体绝缘MTI的实现为探索涌现拓扑现象提供了一个很有前途的平台。
Hexagon Ising-Kondo lattice: An implication for intrinsic antiferromagnetic topological insulator
最近,MnBi $_2$ Te $_4$材料已被提出作为第一个本征反铁磁拓扑绝缘体(AFMTI),其中磁性和拓扑结构之间的相互作用诱导了几个迷人的拓扑相,如量子反常霍尔效应,马约拉纳费米子和轴子电动力学。然而,一个完全可解的模型,能够捕捉磁性和拓扑结构之间的相互作用的基本物理仍然是缺席。在这里,灵感来自伊辛类性质[B。Li \textit{et al.} Phys. Rev. Lett. \textbf{124},167204(2020)]和MnBi $_2$ Te $_4$的拓扑性质,我们提出了一个拓扑Ising-Kondo晶格(TIKL)模型来研究其零温下的基态性质.所得的相图包括丰富的拓扑和磁状态,出现在模型中提出的一个自然和一致的方式为内禀磁性拓扑绝缘体。利用蒙特卡罗模拟,我们将AFMTI的基态推广到有限温度。结果表明,这些拓扑性质在高温下仍然存在,在适当的关联强度下,高温可以恢复这些拓扑性质。结果表明,TIKL可以为今后的实验研究提供一种思路,利用TIKL可以对磁性和输运性质进行微调,从而获得更稳定、更奇异的磁性拓扑量子态.
Hinged Quantum Spin-Hall Effect in Antiferromagnetic Topological Insulators
在这项工作中,我们预测了铰链量子自旋霍尔(HQSH)效应的特点是一对螺旋铰链模式的反铁磁(AFM)拓扑绝缘体(TI)多层膜。这对螺旋铰链模式的AFM TI多层膜的顶部和底部表面上的铰链本地化。与传统的QSH效应不同,HQSH效应在时间反演对称性(TRS)破缺后仍然存在,因此代表了一种不同的拓扑现象。螺旋铰链模式是可持续的非弹性散射和TRS打破无序,这可以在宏观样品中观察到。我们表明,这种HQSH效应可以理解为一个三维推广的苏-Schrieffer-Heeger模型和其拓扑结构的特点是由自旋陈数。最后,我们提出了利用现有的实验装置,可以在新发现的本征AFM TI材料(MnBi $_2$ Te $_4$)$_m$(Bi $_2$ Te $_3$)$_n$或磁掺杂TI多层膜中实现HQSH效应。
Sample-dependent Dirac point gap in MnBi$_2$Te$_4$ and its response to the applied surface charge: a combined photoemission and ab initio study
最近发现的本征反铁磁拓扑绝缘体MnBi $_2$ Te $_4$为实现量子反常霍尔效应和一些相关的高温现象提供了一个令人兴奋的平台。一个重要的特点,使这种材料的应用程序有吸引力的是其预测的大磁隙在狄拉克点(DP)。然而,虽然早期的实验测量报告了大的DP间隙,但最近的一些研究声称观察到MnBi $_2$ Te $_4$狄拉克锥的无间隙色散。在这里,我们使用微($μ$)激光角分辨光电子能谱,研究了15个不同的MnBi $_2$ Te $_4$样品,由两个不同的化学家小组生长的电子结构。通过对能量分布曲线的分析,在Néel温度以下10-16 K时,观测到了15 - 65 meV的DP能隙。在这一点上,大约一半的研究样本显示约30 meV的DP差距,而四分之一的样本的差距是在50至60 meV的范围。总结我们和其他小组的结果,在目前可用的MnBi $_2$ Te $_4$样品中,DP间隙可以获得几个和几十个meV之间的任意值。此外,基于密度泛函理论,我们讨论了一个可能的因素,可能有助于减少DP间隙的大小,这是多余的表面电荷,可以出现由于在表面区域的各种缺陷。我们证明了DP带隙受外加表面电荷的影响,甚至可以闭合,这可以用来调节MnBi $_2$ Te $_4$ DP带隙的大小.
Anomalous and Topological Hall Effects in Antiferromagnetic EuSn2As2 Nanostructures
Leibniz Institute for Solid State and Materials Research(莱布尼茨固体与材料研究所);Würzburg-Dresden Cluster of Excellence ctd.qmat(维尔茨堡-德累斯顿卓越集群 ctd.qmat);Université Grenoble Alpes, CNRS, CEA, Grenoble-INP, Spintec(格勒诺布尔阿尔卑斯大学,法国国家科学研究中心,法国原子能和替代能源委员会,格勒诺布尔国立理工学院,自旋技术中心);V. L. Ginzburg Research Center at P. N. Lebedev Physical Institute, RAS(俄罗斯科学院列别捷夫物理研究所 V.L. 金兹堡研究中心)
Using nonlocal surface transport to identify the axion insulator
轴子是一种假想的粒子,但在实验中未被探测到。最近,反铁磁拓扑绝缘体MnBi $_2$ Te $_4$已被预测为宿主的轴子绝缘体,但实验证据仍然难以捉摸。具体地说,轴子绝缘体被认为携带着“半量子化”的手性电流,在其顶面和底面上反平行运行。然而,精确测量半量化是具有挑战性的。在这里,我们提出了一个非局域表面输运装置,其中的轴子绝缘体可以区分正常的绝缘体没有一个精确的测量的半量子化。更重要的是,我们表明,非局部表面输运,作为一个定性的测量,是强大的,在现实情况下,当无间隙的侧面和混乱来发挥作用。此外,厚电极可用于MnBi $_2$ Te $_4$厚膜器件中,增强了表面测量的可行性。这对在拓扑物质中寻找轴子绝缘体和轴子具有重要的意义。