单层$\mathrm{Fe_2Br_2}$中关联增强的自旋轨道耦合及具有大带隙和稳定铁磁性的量子反常霍尔绝缘体

非平凡能带拓扑与磁有序相结合可产生量子反常霍尔绝缘体（QAHI），这可能推动器件概念的发展。本文通过第一性原理计算，利用广义梯度近似加$U$（GGA+$U$）方法预测稳定的单层$\mathrm{Fe_2Br_2}$为室温大带隙高陈数QAHI。大带隙源于Fe原子的关联增强自旋轨道耦合（SOC）效应，这等同于在无电子关联的情况下人为增大SOC强度。面外磁各向异性对产生量子反常霍尔（QAH）态非常关键，因为面内磁化会破坏非平凡能带拓扑。在无SOC时，$\mathrm{Fe_2Br_2}$是受镜面对称性保护的半狄拉克半金属态，电子关联与SOC效应共同产生具有可观带隙和两条手性边缘模的QAH态。研究发现，在单层$\mathrm{Fe_2Br_2}$中，QAH态对双轴应变（$a/a_0$：0.96至1.04）具有鲁棒性，并保持稳定铁磁（FM）有序和面外磁各向异性。计算结果表明居里温度对关联强度和应变敏感。减小的关联和压缩应变有利于高居里温度。这些分析和结果可轻易推广到其他单层$\mathrm{Fe_2XY}$（X/Y=Cl、Br和I），其具有与$\mathrm{Fe_2Br_2}$单层相同的Fe主导低能态。这些发现为设计新型高温拓扑量子器件开辟了新机遇。