本征磁性拓扑绝缘体中的可控且连续的量子相变
材料科学
2025-03-11 v1 其他凝聚态物理
量子物理
摘要
本征磁性拓扑材料 MnBi2Te4 已展现出研究拓扑与磁性相互作用的巨大潜力，这为操纵非平庸电子态和设计量子器件开辟了新途径。然而，由于其不可避免的 n 型反位缺陷，挑战和争议依然存在，这阻碍了本征磁性拓扑现象的实验实现，并使得对拓扑相变（TPT）的精确控制无法实现。在此，我们研究了一种候选材料体系 Mn(1-x)GexBi2Te4，当 Ge 含量达到 0.46 时，其重 n 型掺杂特征被强烈抑制，并且多个拓扑相得到良好保持，表面 Dirac 点位于 Fermi 能级附近。基于角分辨光电子能谱、输运测量和第一性原理计算，我们揭示了两种磁性诱导的 TPT：第一种是由反铁磁序诱导的从强拓扑绝缘体到磁性拓扑绝缘体的相变，表现为拓扑表面态的能隙打开；第二种是依赖于外磁场的从磁性拓扑绝缘体到 Weyl 半金属的相变，伴随着能隙重新闭合。我们的工作为在 MnBi2Te4 体系中实现本征磁性拓扑态铺平了道路，并为未来自旋电子学应用中实现可控且连续的 TPT 提供了理想平台。
引用
@article{arxiv.2503.06044,
title = {Controllable and Continuous Quantum Phase Transitions in Intrinsic Magnetic Topological Insulator},
author = {Shengjie Xu and Zhijian Shi and Ming Yang and Jingwei Zhang and Hang Xu and Haifeng Feng and Ningyan Cheng and Jianfeng Wang and Weichang Hao and Yi Du},
journal= {arXiv preprint arXiv:2503.06044},
year = {2025}
}