通过熵工程实现稳健型量子异常霍尔效应
介观与纳米尺度物理
2025-06-05 v2
摘要
量子材料的开发及其功能性质的调控是材料科学中的 fundamental 研究对象。本文提出了一种新的设计概念，用于通过熵工程实现稳健型量子异常霍尔效应 (QHAHE)。作为典型案例，单层过渡金属三卤化物 VCl 的 configurational entropy 被通过将四种不同的过渡金属阳离子 [Ti、Cr、Fe、Co] 引入由钒构成的蜂窝结构中进行调控，以打破所有平面镜像对称性、以及 inversion 和/或 roto-inversion 对称性。单层 VCl 是一种铁磁 Dirac 半金属，其在谷浓度处伴随bulk 态的自旋极化 Dirac 色散。因此，由自旋轨道相互作用驱动的量子异常霍尔相的 bulk 能带色散不 exhibits 完全能隆垒。熵驱动的能带结构重构，特别是结合能带压平整以及在 Brillouin zone 不同动量处的红移和蓝移，以及晶体场效应，使 Dirac 半金属转化为 Dirac 自旋无能隆半导体，从而导致一种稳健的量子异常霍尔相，其 bulk 能带色散 fully gapped，因而实现纯拓扑边缘态传输，而无需与耗散性 bulk 通道混合。这些发现为通过熵工程设计 2D 材料以实现稳健型量子异常霍尔效应及量子器件应用提供了一种范式。
引用
@article{arxiv.2412.19499,
title = {Tailoring Robust Quantum Anomalous Hall Effect via Entropy-Engineering},
author = {Syeda Amina Shabbir and Frank Fei Yun and Muhammad Nadeem and Xiaolin Wang},
journal= {arXiv preprint arXiv:2412.19499},
year = {2025}
}