螺旋磁化场中的拓扑绝缘体

拓扑绝缘体的一个关键特征是其电子能谱的鲁棒性。在拓扑绝缘体表面，狄拉克点受系统特征对称性的保护。对称性的破缺会在能谱中打开能隙。因此，拓扑绝缘体对磁场非常敏感，磁场可在电子能谱中打开能隙。关于“内部”磁效应，例如掺杂磁性杂质的情况，则并不简单。单个磁性杂质不足以打开带隙，而在沉积磁性杂质的铁磁链情况下狄拉克点被抬升。然而，更有趣的情形是局域磁性杂质形成手性自旋序。我们的第一性原理密度泛函理论计算表明，沉积在Bi2Se3拓扑绝缘体表面的Fe即是这种情况。但不仅限于磁性杂质可形成手性螺旋自旋织构。另一种方法是利用手性多铁材料（原型材料为LiCu2O2）诱导邻近效应。我们在此提出的理论方法对两种情况均适用。我们观察到，与铁磁有序情形相反，手性自旋序不会破坏狄拉克点。我们还观察到能隙出现在新布里渊区边界处。另一个有趣结果涉及自旋动力学。我们推导了带有自旋流和弛豫项的自旋密度动力学方程。我们已经证明，传导电子的运动产生磁力矩并对螺旋织构施加某种力。