轨道陈绝缘体中磁序的电学调控

磁性通常源于费米统计与排斥性库仑相互作用的共同作用，这有利于产生具有非零电子自旋的基态。因此，用电场控制自旋磁性——自旋电子学和多铁性领域长期以来的技术目标——只能间接实现。在此，我们在实验上展示了轨道陈绝缘体中磁态的直接电场控制，这是一种磁系统，其中非平庸能带拓扑有利于轨道角动量的长程有序，但自旋被认为仍保持无序。我们利用由相对于伯纳尔堆垛双层发生旋转错位的单层石墨烯构成的范德瓦耳斯异质结构，来实现窄且拓扑非平庸的谷投影莫尔微带。在这些能带内每个莫尔原胞填充一个和三个电子时，我们观察到量子化反常霍尔效应，其横向电阻约等于 $h/2e^2$，这表明系统自发极化到陈数等于二的单一谷投影能带中。在每个莫尔原胞填充三个电子时，我们发现量子反常霍尔效应的符号可通过场效应对化学势的控制而反转；此外，该转变具有迟滞性，我们利用它展示了非易失性电场诱导的磁态反转。理论分析表明，该效应源于拓扑边缘态，其驱动磁化符号改变，从而导致 favored 磁态的反转。磁态的电压控制可用于电学图案化承载手性边缘态的非易失性磁畴结构，其应用范围从可重构微波电路元件到超低功耗磁存储器。