高阶拓扑绝缘体Bi$_4$Br$_4$中的室温量子自旋霍尔边缘态
介观与纳米尺度物理
2022-10-05 v3 材料科学
强关联电子
应用物理
摘要
宏观量子现象的室温实现是基础物理学的主要追求之一。量子自旋霍尔态是一种以二维绝缘体态和螺旋边缘态为特征的拓扑量子现象,尚未在室温下实现。在此,我们利用扫描隧道显微镜在高阶拓扑绝缘体Bi4Br4表面观测到量子自旋霍尔边缘态。我们发现原子级分辨晶格呈现超过200meV的大绝缘能隙,且原子级锐利的单层台阶边缘承载显著的带隙内无能隙态,表明拓扑体-边界对应关系。外加磁场可使边缘态打开能隙,与潜在拓扑所固有的时间反演对称性保护一致。我们进一步辨识了此类边缘态的几何杂化,这不仅证实了量子自旋霍尔态的Z2拓扑性,也可视化了高阶拓扑绝缘体相的构建基元。值得注意的是,绝缘能隙与拓扑边缘态均被观测到持续存在至300K。我们的结果指向在高阶拓扑绝缘体中实现室温量子自旋霍尔边缘态。
引用
@article{arxiv.2110.05718,
title = {Room-temperature quantum spin Hall edge state in a higher-order topological insulator Bi$_4$Br$_4$},
author = {Nana Shumiya and Md Shafayat Hossain and Jia-Xin Yin and Zhiwei Wang and Maksim Litskevich and Chiho Yoon and Yongkai Li and Ying Yang and Yu-Xiao Jiang and Guangming Cheng and Yen-Chuan Lin and Qi Zhang and Zi-Jia Cheng and Tyler A. Cochran and Daniel Multer and Xian P. Yang and Brian Casas and Tay-Rong Chang and Titus Neupert and Zhujun Yuan and Shuang Jia and Hsin Lin and Nan Yao and Luis Balicas and Fan Zhang and Yugui Yao and M. Zahid Hasan},
journal= {arXiv preprint arXiv:2110.05718},
year = {2022}
}