$\beta$-铋烯的自旋电荷分离与量子自旋霍尔效应

场论论证表明,带有磁通管的量子自旋霍尔效应可能存在 $\mathbb{Z}$ 分类,其导致自旋与电荷自由度的分离,以及自旋或 Kramers 对的泵浦。然而,对于缺乏自旋守恒律的自旋轨道耦合材料的真实 \emph{ab initio} 能带结构,自旋电荷分离的 \emph{概念验证}演示尚待实现。本工作中,我们在 $\beta$-铋烯上借助磁通管进行思想实验,以演示自旋电荷分离,以及对可通过调节填充分数访问的三种绝缘态的自旋量子化泵浦。结合动量空间拓扑与实空间响应的分析,我们确定了拓扑非平凡能带的关键作用,其支持偶整数缠绕数,而无法从基于对称性的指示子推断。我们的工作为基于精确体不变量与普适拓扑响应的二维量子自旋霍尔材料预测树立了新标准。