$\mathcal{PT}$ 对称磁性拓扑量子材料中的巨非线性光电流

时间反演不变的非中心对称系统中的非线性光电流已引起广泛关注。本文提出两类新型二阶非线性直接光电流，作为正常位移光电流（NSC）与正常注入光电流（NIC）的对应物，即时间反演对称与反演对称均破缺系统中的磁性位移光电流（MSC）与磁性注入光电流（MIC）。我们表明，MSC 主要由位移矢量与带间 Berry 曲率支配，MIC 则由吸收强度及时间反演 $\pm$$\textbf{k}$ 点处群速度差的不对称性主导。在 $\mathcal{P}$ 与 $\mathcal{T}$ 各自破缺的 $\mathcal{PT}$ 对称系统中，MSC 与 MIC 可分别由圆偏振光与线偏振光诱导。以 $\mathcal{PT}$ 对称磁性拓扑量子材料双层反铁磁（AFM）MnBi$_2$Te$_4$ 为例，我们预言在太赫兹频段存在可被具有时间反演自旋序的两个 AFM 态间磁切换的大 MIC。尽管 NSC 在 $\mathcal{T}$ 对称系统中消失，外电场破缺 $\mathcal{PT}$ 对称并促成可被电切换的大 NSC 响应。在线偏振 $x$/$y$ 光下 MIC 与 NSC 彼此垂直，且在电场下高度可调，从而产生低至数 THz 频段的巨非线性光电流响应。这表明双层 AFM MnBi$_2$Te$_4$ 是一个具有丰富太赫兹与磁光电子应用的可调平台。本工作揭示非线性光电流为解读磁结构与相互作用提供了有力工具，对探测和理解磁性拓扑量子材料尤为丰硕。