铁磁体中相互作用稳定的拓扑磁子绝缘体

凝聚态系统允许在平庸基态之上存在拓扑集体激发，例如有限能隙处由狄拉克玻色子形成的陈绝缘体。然而，与电子不同，集体激发无粒子数守恒律。这导致了粒子数不守恒的多体相互作用，其对单粒子拓扑的影响是该拓扑量子材料领域中一个根本性的开放问题。以铁磁体中的磁子为例，我们揭示了通过于磁子谱中打开陈绝缘能隙而由相互作用稳定的拓扑磁子绝缘体。这可溯源至粒子数不守恒相互作用破坏了简谐理论中的有效时间反演对称性。因此，磁子-磁子相互作用是一种可引入手性边缘态的拓扑之源，其手性依赖于磁化方向。重要的是，相互作用未必引起有害阻尼，反而可产生具有极长寿命的拓扑磁子。我们辨识出两种相互作用诱导的拓扑相变机制——一者由外场驱动，另一者由温度驱动——并表明它们导致横向输运信号、尤其是热霍尔电导率的非常规符号反转。我们确定了预期发生该多体机制的候选材料，如金属有机kagome晶格磁体Cu(1,3-benzenedicarboxylate)、范德瓦耳斯蜂窝晶格磁体CrI$_3$，以及多铁性kamiokite (Fe$_2$Mo$_3$O$_8$)。我们的结果表明相互作用可在生成非平庸拓扑中发挥重要作用。