二维磁性绝缘体异质结中的量子反常霍尔效应
材料科学
2021-04-26 v1
摘要
近年来，拓扑物态的发现取得巨大成功。特别是，时间反演不变拓扑相的精细理论方法已发展成熟，导致对晶体数据库的全面搜索并预言了数千种新拓扑材料。相比之下，破缺时间反演的磁性拓扑相的发现仍局限于少数典范材料，因为磁性与拓扑电子能带结构共存于单一化合物中实属罕见。为克服此挑战，我们提出一种替代方案，通过构建二维(2D)磁性范德瓦耳斯异质结来实现量子反常霍尔(QAH)效应——磁性拓扑相的典型例子。我们并非寻找单一磁性拓扑材料，而是搜索两种具有特定能带排列的2D（通常为平庸）磁性绝缘体化合物的组合，使它们共同形成具拓扑非平庸能带结构的III型异质结。通过结合数据驱动材料搜索、第一性原理计算与基于对称性的解析模型，我们从一类2D单层MXY化合物(M = 金属原子，X = S, Se, Te，Y = F, Cl, Br, I)中识别出8个由2D铁磁绝缘体材料构成的III型异质结，作为QAH效应的候选体系。特别地，我们直接计算了铁磁堆叠MnNF/MnNCl异质结中的拓扑不变量（陈数）与手性边缘态。本工作阐释了数据驱动材料科学如何与基于对称性的物理原理相结合，以指导搜索基于异质结的、承载QAH效应及一般其他奇异量子态的新型量子材料。
引用
@article{arxiv.2003.02470,
title = {Quantum anomalous Hall effect in two-dimensional magnetic insulator heterojunctions},
author = {Jinbo Pan and Jiabin Yu and Yan-Fang Zhang and Shixuan Du and Anderson Janotti and Chao-Xing Liu and Qimin Yan},
journal= {arXiv preprint arXiv:2003.02470},
year = {2021}
}