二阶拓扑绝缘体与拓扑晶体绝缘体之间的拓扑开关

我们研究二阶拓扑绝缘体（SOTIs）与拓扑晶体绝缘体（TCIs）之间的拓扑开关。SOTI 与 TCI 均由镜面对称和空间反演对称保护，为此我们定义了同类型的体拓扑数。我们以方格点上的方形纳米盘和三角格点上的六角形纳米盘为例。当引入平行于某一条螺旋边之一的面内磁场时，系统变为 TCI。沿该边的电导以电导量子 $e^2/h$ 为单位为 1。随着面内磁场旋转，电导因边态能隙打开而减小。当磁场垂直于一条对角线时，其顶点上出现两个拓扑角态，系统变为 SOTI。当磁场平行于另一条边时，系统再次变为 TCI，沿原边的电导变为 0，但沿新边的电导为 1。这可用作改变开关的拓扑电路的基础。或者，该器件可用作传感器，以 10 nm 的分辨率测量样品表面的局域磁化。