三维 Chern 绝缘体的轨道磁电耦合

轨道磁电效应与 bulk 晶体绝缘体的能带拓扑密切相关。典型例子包括三维（3D）轴子绝缘体和拓扑绝缘体中半量化的 Chern-Simons 轨道磁电耦合，这些是其非平凡能带拓扑的标志。虽然 Chern-Simons 耦合仅定义于 Chern 数为零的绝缘体，但三维 Chern 绝缘体中具有非零（层）Chern 数的轨道磁电效应仍是未知之谜。本文提出了一种从未提及的 3D Chern 绝缘体轨道磁电响应的量化规则，其空间梯度恰好以 $e^2/h$ 为单位被量化。通过理论分析和数值模拟，我们展示了这种量化的轨道磁电响应对于各种类型的层间 hopping 和堆叠方式都精确成立，即使在无晶体对称性和无序性下也仍然稳健。我们认为这种精确量化具有拓扑来源，并由 Chern 数保护。此外，我们提出了两个有前景的材料平台， thanks to recent experimental developments in detecting spatial magnetic-field distributions in device systems，以观察所提出的量化轨道磁电响应。