LaMnO$_3$ (111) 双层中的拓扑磁相

在钙钛矿结构过渡金属氧化物的 ($111$) 双层中，有望出现源于自旋轨道耦合以及 Hubbard 型关联的相关拓扑绝缘体候选材料。基于第一性原理计算和紧束缚模型，研究了夹在 LaScO$_3$ 势垒中的 LaMnO$_3$ ($111$) 双层的电子结构。对于理想未畸变钙钛矿结构，LaMnO$_3$ ($111$) 双层的费米能级恰好位于狄拉克点，形成半金属（类石墨烯）且也是半金属（不同于石墨烯，也不同于先前研究的 LaNiO$_3$ ($111$) 双层）。自旋轨道耦合可以打开狄拉克锥，产生对应于（量子化）反常霍尔效应的非平庸拓扑能带。对于实际的斜方畸变晶格，狄拉克点随 Hubbard 排斥（或等价的 Jahn-Teller 畸变）增大而移动。最终，打开莫特能隙，确立了莫特绝缘体与拓扑磁绝缘体之间的相边界。我们的计算发现，在斜方畸变晶格中由自旋轨道耦合打开的能隙（$\sim$$1.7$ meV）远小于未畸变的情况（$\sim$$11$ meV）。因此，抑制晶格畸变有助于增强钙钛矿 ($111$) 双层中拓扑相的鲁棒性。