高陈数范德瓦耳斯磁性拓扑多层结构 MnBi$_2$Te$_4$/hBN

陈绝缘体是二维磁性拓扑材料，通过其边缘的一维手性模式导电。这些模式的数量是一个称为第一陈数 $C$ 的拓扑不变量，其定义量子化霍尔电导为 $S_{xy}= C e^2/h$。增大 $C$ 对于实现低功耗拓扑电子学至关重要，但迄今为止该问题尚无明确解决方案，现有大多数陈绝缘体均显示 $C=1$。本文利用最先进的理论方法，提出了一种在 MnBi$_2$Te$_4$/hBN 范德瓦耳斯多层异质结构中实现高-$C$ 陈绝缘体态的有效途径。我们表明，由 hBN 单层间隔的 $n$ 层 $C=1$ 的 MnBi$_2$Te$_4$ 薄膜堆叠可产生陈数 $C=n$ 的高陈数态，其特征为 $n$ 个手性边缘模式。该态可在外加磁场下和无外场下均得以实现，两种情况均导致量子化霍尔电导 $S_{xy}= C e^2/h$。因此，我们的结果为实用的高-$C$ 量子化霍尔系统铺平了道路。