一种狄拉克费米子方法及其在磁性拓扑绝缘体多层膜中设计高陈数的应用

量子反常霍尔（QAH）绝缘体承载着受拓扑保护的无耗散手性边缘态，其数量由其陈数（Chern number）决定。迄今为止，QAH 态已在少数磁性拓扑绝缘体中实现，但通常陈数较低。在此，我们发展了一种狄拉克费米子方法，该方法对于理解和设计层状磁性拓扑绝缘体各种多层膜中的高陈数极具价值。基于该狄拉克费米子方法，我们展示了如何通过范德瓦尔斯（vdW）间隙调控来理解和调节铁磁 MnBi$_{2}$Te$_{4}$ 薄膜中的高陈数。此外，我们还运用该狄拉克费米子方法，理解了在 [3QL-(Bi,Sb)$_{1.76}$Cr$_{0.24}$Te$_{3}$]/[4QL-(Bi,Sb)$_{2}$Te$_{3}$] 多层膜中实验观察到的高陈数以及从陈数 $C=2$ 到 $C=1$ 的拓扑相变。我们的工作为在层状磁性拓扑绝缘体多层膜中设计具有高陈数的 QAH 态提供了有力工具。