拓扑绝缘体薄膜中的拓扑磁电效应

我们提出，拓扑绝缘体（TIs）的标志性特征——拓扑磁电（ME）效应，可以在磁场下处于 $\nu=0$ 量子霍尔态的TI薄膜中，或通过掺杂两种具有相反符号交换耦合的磁性离子来实现。与之前提出的装置相比，这些装置的优势在于，均匀配置的磁场或磁化强度就足以实现拓扑磁电效应。为了验证我们的提议，我们数值计算了圆柱几何中TI薄膜的ME响应以及表面狄拉克费米子的有效2D模型的ME响应。在TI薄膜顶面和底面面积很大的极限下，ME响应被证明收敛到对应于轴子角 $\theta=\pm \pi$ 的量子化值，此时来自体和侧表面的非拓扑贡献可忽略不计。