声子和缺陷介导的磁性掺杂拓扑绝缘体中量子反常霍尔绝缘体到金属的相变

通过扫描隧道谱（STS）和电输运测量，研究了六层五重层 Cr$_{0.1}$(Bi$_{0.2}$Sb$_{0.8}$)$_{1.9}$Te$_3$ 薄膜中的量子反常霍尔（QAH）态。虽然表面态在居里温度（$T_\mathrm{C} \approx 30$ K）以上是无能隙的，但样品的扫描隧道谱（STS）显示，在低于铁磁转变温度的 4.2 K 时，存在一个平均值为 $\approx 13.5$ meV 的拓扑非平凡能隙。尽管如此，对该磁性拓扑绝缘体的区域 STS 扫描显示，表面能带中存在量级为几个 meV 的能量调制，导致某些区域的价带顶高于空间分离不超过 3 nm 的其他区域的导带底能量。第一性原理计算表明，观察到的非均匀能带排列源于多体相互作用，即电子 - 缺陷相互作用和电子 - 声子相互作用。缺陷起着局部改变表面能带能量景观的作用，而电子 - 声子相互作用使表面能带重整化，使得当温度从 0 升高到 4.2 K 时，表面能隙减小了超过 1 meV。有限温度下的这些多体相互作用导致即使在远低于 $T_\mathrm{C}$ 的有限温度下，跨越空间分离的导带口袋的电子隧穿也显著增加，从而驱动磁性拓扑绝缘体在相对较低的温度下从其 QAH 绝缘相进入金属相。