Beijing National Laboratory for Condensed Matter Physics, and Institute of Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院物理研究所，北京凝聚态物理国家实验室）；University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）；Condensed Matter Physics Data Center, Chinese Academy of Sciences（中国科学院凝聚态物理数据中心）
Haohao Sheng, Sheng Zhang, Zhong Fang, Hongming Weng, Zhijun Wang
Three-dimensional (3D) topological ferroelectric (FE) insulators, in which topological and FE orders naturally coexist, enable field-controlled spintronic devices. In this work, we predict a new structure of bismuth monohalides Bi4Br4 and Bi4I4, denoted $γ$ phase, and demonstrate that it is an ideal 3D topological FE insulator. Systematic first-principles calculations confirm the stability and synthesizability of $γ$-Bi4X4 (X=Br, I). Although the noncentrosymmetric $γ$ phase crystallizes in the space group $Cmc2_1$ with no symmetry-based classifications/indicators, the nontrivial topology can be characterized by the spin Chern number (SCN). Spin-resolved Wilson loops show the $s_z$ SCN $C_{s_z}=2$, indicating the spin-resolved topology of a 3D quantum spin Hall insulator state. The $z$-direction polarization can be switched by interlayer sliding, requiring only crossing a small energy barrier. Finally, we design an electrically controlled spin-filter device on bilayer films that can generate a switchable spin-polarized current. Combining a single-phase crystal, a sizable band gap, and robust band topology against FE switching, these bismuth monohalides serve as a prototype of intrinsic 3D topological FE insulators, providing an ideal platform for realizing new nonvolatile functionalities in spintronic devices.
Intertwined Ferroelectricity and Topological State in Two-Dimensional Multilayer
铁电性和能带拓扑的相互交织将使拓扑状态的非易失性控制成为可能，这对于具有低能耗和高响应速度的纳米电体具有重要意义。然而，设计新系统的原理尚不清楚，并且缺乏实现两个参数命令共存的可行方法。本文提出了一种基于第一性原理计算的滑动拓扑多层膜设计二维铁电拓扑绝缘体的通用方法。以三层Bi2Te3为模型系统，研究了在基于van der Waals多层膜的二维拓扑绝缘体中，通过特定的层间滑动可以诱导出面内和面外铁电性，从而实现铁电性和拓扑有序的共存.序参量的强耦合使得拓扑态对极化翻转敏感，实现了拓扑性质的非易失性铁电控制。所揭示的设计准则和铁电拓扑耦合不仅对二维晶格中耦合铁电和拓扑物理的基础研究有用，而且还使纳米器件中的新应用成为可能。
Nonvolatile ferroelectric control of topological states in 2D heterostructures
量子自旋霍尔（QSH）绝缘体材料具有拓扑保护的边缘状态，可以大大减少耗散，并可用于下一代电子学。然而，拓扑边缘状态的非易失性控制仍然是一个挑战。基于第一性原理计算，通过反转铁电体α-In 2 Se 3的电极化的强度，在二维Bi（111）双层（BL）和α-In 2 Se 3构成的范德华（vdW）异质结构中发现了可开关的拓扑态。这种拓扑开关是由于α-In 2Se 3的两种相反的极化状态引起的不同的电荷转移。这种新的拓扑开关机制具有独特的优点，是全电以及非易失性。我们的发现为实现二维材料中拓扑态的铁电控制提供了一种前所未有的方法，这将在拓扑纳米电子学中具有巨大的应用潜力。
Topological Hall Effect Induced by Chiral Spin Textures at the Ferroelectric/Ferromagnetic Interface
National Laboratory of Solid State Microstructures, Collaborative Innovation Center of Advanced Microstructures, School of Physics, Nanjing University（南京大学物理学院固态微结构国家重点实验室，先进微结构协同创新中心）；Beijing National Center for Condensed Matter Physics and Institute of Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院物理研究所，北京凝聚态物理国家研究中心）
Ferromagnetism and orbital order in a topological ferroelectric
我们探索通过密度泛函计算的磁性掺杂的拓扑铁电体作为一种非常规的路线，多铁性。层状钙钛矿La $_{2}$ Ti $_{2}$ O $_{7}$的钒掺杂在很大程度上保持了电极化的强度并产生了稳健的铁磁有序性，因此具有适当的多铁性。掺杂剂聚集成链的显著趋势导致在一般掺杂下的绝缘特性。铁磁性源于多轨道V系统通过不寻常的“反铁”轨道顺序的对称性破缺，以及宿主的低对称性层状结构。
Ferroelectric switching of quantum anomalous Hall effects in MnBi2Te4 films
Beijing National Laboratory for Condensed Matter Physics（凝聚态物理北京国家实验室）；Institute of Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院物理研究所）；University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）；Songshan Lake Materials Laboratory（松山湖材料实验室）
Topological defects as relics of emergent continuous symmetry and Higgs condensation of disorder in ferroelectrics
Lars Onsager和Richard Feynman设想，在$^{4}$ He中，三维（3D）超流到正常$λ$的转变通过涡旋的增殖发生。对于同一普适类中的每一个相变，这个过程都应该成立。拓扑缺陷在破缺相变中的作用已经成为宇宙学和高温超导学的主要课题，尽管直接成像这些缺陷是具有挑战性的。在这里，我们表明，U（1）连续对称性，出现在铁电临界点的多铁性六方锰氧化物导致类似的增殖的漩涡。此外，无序场（涡旋）耦合到一个新出现的U（1）规范场，当加热到铁电转变温度以上时，涡旋凝聚（跨越整个系统），通过希格斯机制，规范场变得有质量。在六方锰氧化物的涡旋网络的直接成像提供了独特的实验访问这种双重描述的铁电转变，同时使测试的Kibble-Zurek机制。
Phase-field insight into the nature of topological polarization structures in uniaxial ferroelectrics
Institute of Materials Science, Technical University of Darmstadt（达姆施塔特工业大学材料科学研究所）；Institute of Physics, Czech Academy of Sciences（捷克科学院物理研究所）；Faculty of Mechatronics, Informatics and Interdisciplinary Studies, Technical University of Liberec（利贝雷茨工业大学机械、信息学及跨学科研究学院）
Ferroelectricity controlled chiral spin textures and anomalous valley Hall effect in the Janus magnet-based multiferroic heterostructure
实现自旋拓扑织构的有效操纵和显式识别是使自旋织构成为高存储密度、高数据处理速度和低能耗自旋电子器件信息载体的两个关键因素。与传统的磁调控方法相比，电场调控磁调控是一种无耗散的方法。然而，由于磁场不直接破坏时间反演对称性，磁化强度对电场不敏感，并且由于外部涨落引起的漂移，拓扑磁准粒子的分布很难保持，这可能导致准粒子与均匀磁背景之间的模糊识别。在这里，我们表明，在Janus磁铁为基础的多铁性异质结构LaClBr/In 2 Se 3的异常谷霍尔效应所产生的横向电压，可以很容易地和明确地区分电极化的强度驱动的skyrmionic和均匀铁磁态。我们的工作提供了一种替代方法的数据编码，其中数据编码结合拓扑自旋纹理与可检测的电子输运。
