二维 AI 类金属中的非线性霍尔效应

在时间反演不变系统中，由于时间反演对称性对 Berry 曲率分布的限制，反常霍尔效应在线性响应区恒为零；但若破缺反演对称性以允许费米面上存在非零的 Berry 曲率偶极（BCD），则二阶响应区中可出现非线性霍尔效应。本工作中，我们研究了属于具有无自旋时间反演对称性的 AI 对称类的二维掺杂绝缘体或半金属中 BCD 起源的非线性霍尔效应。尽管 AI 类在二维不承载任何强拓扑绝缘体相，我们发现若对哈密顿量施加特定约束，它们仍可分为拓扑受阻绝缘体和平凡绝缘体。当绝缘体接近两种不同相的相边界时，我们发现若掺杂能级位于能带边缘附近，BCD 会变得更加显著。此外，当绝缘体在两种不同相之间发生相变时，我们发现 BCD 会剧烈改变符号。对于无反演对称性的半金属，我们发现当掺杂能级跨越狄拉克点时，BCD 会急剧反转符号。随着狄拉克点在能量上位置移动，BCD 急剧反转符号的临界掺杂能级也会相应改变。我们的研究揭示，AI 类材料同样可具有有趣的几何与拓扑性质，且即使自旋轨道耦合可忽略，此类材料中也可出现显著的非线性霍尔效应。我们的发现拓宽了研究非线性霍尔效应的材料范围，并为该效应的应用提供了新视角。