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研究快讯 | 本征磁性拓扑绝缘体的高压原位研究

已有 1428 次阅读 2020-6-18 07:45 |系统分类:论文交流

原文已发表在CPL Express Letters栏目

Received 17 April 2020;

online 09 May 2020

EXPRESS LETTER

Pressure-Induced Topological and Structural Phase Transitions in an Antiferromagnetic Topological Insulator

Cuiying Pei (裴翠颖), Yunyouyou Xia (夏云悠悠), Jiazhen Wu (邬家臻), Yi Zhao (赵毅), Lingling Gao (高玲玲), Tianping Ying (应天平), Bo Gao (高波), Nana Li (李娜娜), Wenge Yang (杨文革), Dongzhou Zhang (张东舟), Huiyang Gou (缑慧阳), Yulin Chen (陈宇林), Hideo Hosono (细野秀雄), Gang Li (李刚), Yanpeng Qi (齐彦鹏)

Chin. Phys. Lett. 2020, 37 (6): 066401

文章亮点

本文系统研究了本征磁性拓扑绝缘体MnBi2Te4和MnBi4Te7在高压下的结构和电磁输运行为，其压力下所蕴含的丰富的物相，使其成为研究、调控多种拓扑物态和效应的理想平台。

本征磁性拓扑绝缘体的高压原位研究

研究背景

拓扑物态是近年来凝聚态物理领域的一个重要研究方向，其中的Z2拓扑绝缘体是受时间反演对称性保护的一类重要的拓扑物态；如果破坏其时间反演对称性，会衍生出一类新的拓扑态，即磁性拓扑绝缘体；磁性拓扑绝缘体与很多拓扑量子态，例如量子反常霍尔效应态、手性马约拉纳费米子、轴子绝缘体等等，都有密切关系，因此近年来得到了研究人员的广泛关注；其中，新型的本征磁性拓扑绝缘体(MnBi2Te4)𝑚(Bi2Te3)𝑛罕见地将非平庸的拓扑能带结构、本征磁性以及二维材料的易解理性集于一身。目前，人们在该体系中已经成功观测到了量子反常霍尔效应态、拓扑表面态以及轴子绝缘体态等等。

内容简介

最近，上海科技大学齐彦鹏课题组与李刚课题组、日本东京工业大学Hosono课题组以及北京高压科学研究中心、夏威夷大学马诺阿分校、牛津大学等多个国际团队合作，利用金刚石对顶砧对本征磁性拓扑绝缘体(MnBi2Te4)𝑚(Bi2Te3)𝑛家族中的MnBi2Te4和MnBi4Te7进行了系统的高压原位研究。研究表明，高压可以迅速压制体系的反铁磁序，并且该体系的导电行为在压力下表现出金属-半导体-金属等非单调的演化；理论计算表明，非平庸的拓扑属性一直可以保持到高压相变之前，并且能带的体态和表面态对压力表现出不同的响应，这也与高压下电阻非单调的变化相吻合；有意思的是该家族的两种材料在高压下表现出完全不同的结构演化规律：MnBi2Te4在高压下实现非晶化，而MnBi4Te7会经历连续两个高压相变。总之，在高压下本征磁性拓扑绝缘体(MnBi2Te4)𝑚(Bi2Te3)𝑛的电子结构和晶体结构都表现出丰富的演化规律，这也为研究、调控多种拓扑量子物态和效应提供一个理想平台。