质料学院李杰副教授在Nano Letters上揭晓最新研究效果

克日，，，，质料学院施思齐教授团队的李杰副教授与美国加州大学尔湾分校的武汝前教授相助在国际著名期刊Nano Letters上揭晓题为“Electrically tunable topological phase transition in van der Waals heterostructures”的研究论文。。
。。。。李杰副教授是第一作者，，，，武汝前教授为通讯作者。。
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自量子反；；；舳вΓ≦AHE）被发明以来，，，，寻找具有较大能带带隙和稳健边沿态的磁性拓扑绝缘体就受到了极大的关注。。
。。。。虽然众多科研职员举行了普遍的研究，，，，可是怎样在实验中视察到QAHE到现在为止照旧一个重大的挑战。。
。。。。目今，，，，磁性拓扑绝缘体的探索研究主要接纳以下三种途径：拓扑绝缘体的磁性掺杂、使用具有固有磁性的拓扑绝缘体、通过界面效应磁化拓扑绝缘体。。
。。。。然而，，，，它们都有各自的手艺难题，，，，好比磁性掺杂的不匀称性、原子层间可能保存的反铁磁耦合、较强的界面电荷转移及耦合对拓扑绝缘体外貌态的破损等。。
。。。。因此，，，，怎样战胜这些手艺难题进而在较高温度下视察到QAHE对磁性拓扑质料或器件的应用来说具有很是主要的意义。。
。。。。同时，，，，关于磁性拓扑绝缘体在自旋电子学及量子信息等方面的应用来说，，，，其中一个最为主要的问题是怎样实现对其拓扑量子态的有用调控。。
。。。。目今，，，，一些要领被提出和实验，，，，好比通过磁极化旋转、外加磁场、施加机械应力、外加电场等。。
。。。。其中，，，，外加电场的方法具有可逆、低能耗且反应速率快等优点。。
。。。。因此，，，，通过施加外电场来调控拓扑绝缘质料的拓扑特征是一个极具研究价值的科学问题。。
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图1. (a)超薄vdW异质结质料示意图；；；(b)(c)响应的能带结构及带隙随上下外貌间电势差的演变历程；；；(d)牢靠磁性极化强度时，，，，vdW异质结质料的拓扑相图（其中，，，，V和

都是以

为单位）。。
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李杰副教授通过接纳有用哈密顿量模子，，，，乐成展望了当vdW异质结质料具有较强的磁性极化（

）、较薄的厚度（较大的

）、较大的自旋-轨道耦合强度（SOC）清静坦的界面等条件时，，，，其可具备磁性拓扑特征，，，，且响应的拓扑带隙随着外加电场的增大而逐渐减小直至关闭，，，，当外电场大于阈值时其带隙会再次翻开并陪同着拓扑相变的爆发。。
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基于上述有用哈密顿量模子的展望，，，，作者通过将两层Bi2Se3夹在两层MnBi2Se4间设计了如图2(a)所示的vdW异质结平台(MBS/2BS/MBS)。。
。。。。密度泛函理论(DFT)盘算批注MBS/2BS/MBS在未加电场时，，，，具有较大的拓扑带隙(24.3meV)、笔直面外的磁性极化及相对较高的居里温度(7.1K)，，，，因而是一个可进一步探索研究电场调控磁性拓扑特征的优异平台。。
。。。。深入的盘算显示外加电场可以有用的调控其拓扑带隙（如图2(b)的插图所示），，，，对应的阈值电场约为0.06V/?。。
。。。。当外加电场大于0.06V/?时，，，，随着其带隙再次被翻开，，，，响应的上下界面态泛起反转，，，，使其从拓扑绝缘体向一样平常绝缘体转变，，，，即实现了外加电场对其拓扑相变的有用调控。。
。。。。响应的量子霍尔电导盘算与一维MBS/2BS/MBS纳米带的边沿态转变（如图2(c)(d)所示）也进一步证实了其拓扑相变的爆发。。
。。。。别的，，，，作者还进一步探索了MBS/3BS/MBS、MBS/4BS/MBS与MBS/5BS/MBS。。
。。。。相关于较薄的MBS/2BS/MBS，，，，它们具有更大的拓扑带隙，，，，但只有MBS/2BS/MBS和MBS/3BS/MBS在外加电场的作用下体现出拓扑相变。。
。。。。主要缘故原由是随着厚度的增添，，，，上下界面态的耦相助用会变弱，，，，进而无法再次翻开其带隙。。
。。。。因此，，，，关于实验上的进一步验证来说，，，，MBS/2BS/MBS和MBS/3BS/MBS将是一个优异的候选者。。
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图2. (a)(b) MBS/2BS/MBS的原子结构示意图与其能带结构（插图是其能带带隙随电场的转变趋势）；；；(c)(d)一维MBS/2BS/MBS纳米带在0.0 V/?及0.1 V/?的电场下，，，，能带结构及其左边沿态。。
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由于Bi2Se3和MnBi2Se4具有同源相似的vdW层状结构，，，，以是高品质的MBS/2BS/MBS将会相对容易合成，，，，而该事情中的理论展望在不久的未来可在大大都实验室中获得验证，，，，会在量子反；；；舳вΦ攘煊蛞鹌毡榈墓刈。。
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相关论文链接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acs.nanolett.2c04708