2023年6月9日，Phys. Rev. B在线发表了山东大学牛成旺教授和戴瑛教授
课题组的研究论文，题目为《
Second-order topological insulators and tunable topological phase transitions in honeycomb ferromagnets
》。
根据体-
边
对应分类的本征磁性拓扑绝缘体在拓扑电子学中具有重要的基础和技术意义。然而，随着体-边对应关系的变化，拓扑相变仍然是难以捉摸的。在此研究中，使用紧束缚模型和第一性原理计算，作者证明了
2H-M
Br
2
（M = Ru和Os）单层是本征铁磁（FM）二阶拓扑绝缘体（SOTIs），其特征在于
出现了良好局域化的非平庸角态
。值得注意的是，在巨谷极化的情况下，研究指出了二维FM SOTIs显示丰富拓扑相图的可能性；也就是说，从FM SOTIs到量子反常霍尔绝缘体（QAHI），再到正常绝缘体的拓扑相变是通过
谷
工程（valley engineering）
出现的。所获得的
量子反常霍尔效应（QAHE）具有非零Chern数C=±1和一个手性边缘态
的特征。这项研究结果不仅揭示了一个
调整体-边对应关系
的通用框架，
而且还激发了
连接谷电子学和磁性拓扑
的技术途径，在拓扑电子学和谷电子学中具有潜在的应用。
图1 (a-f)
具有多拓扑态的二维蜂窝铁磁体的能带结构和相应的Berry曲率；(g-h) K和K’谷处带隙的变化；(i) SOTI相三角形纳米片的能谱；(j) 半无限
纳米
带
的手性边缘态
图2 (a)
2H-M
Br
2
单层的俯视图和侧视图；(b) 没有SOC时
2
H-Ru
Br
2
的能带结构；(c) 面外FM构型中具有SOC的轨道分辨能带结构；(d) 扶手椅边缘的半无限纳米带的边缘态；(e-f) 无应变和2%压缩应变的三角形扶手椅纳米片的能谱
图3 (a)
2H-Ru
Br
2
中K和K’的谷带隙和全局带隙随应变的变化；(b-c) 在0%–5%应变下的能带结构演化和相应的轨道分辨能带结构；(d) 在2.5%应变下反常霍尔电导率的能量依赖性；(e-f) 在2.5%和5%应变下的
量子反常霍尔态
和拓扑平庸态的边缘谱
图4
(a) 2H-Os
Br
2
中K和K’的谷带隙随应变的变化；(b) 具有SOTI相的三角扶手椅纳米片的能谱；(c) 在2.7%的应变下
反常霍尔电导率的能量依赖性；(d) 量子
反常霍尔
态的边缘谱
Cai, L., Li, R., Wu, X. et al.
Second-order topological insulators and tunable topological phase transitions in honeycomb ferromagnets
.
Phys. Rev
.
B
,
2023
, 107, 245116. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.107.245116
【其他相关文献】
[1]
Schindler, F., Cook, A.M., Vergniory, M.G. et al. Higher-order topological insulators,
Sci. Adv
.,
2018
, 4, eaat0346. https://doi.org/10.1126/sciadv.aat0346
[2]
Chen, C., Song, Z., Zhao, JZ. et al. Universal Approach to Magnetic Second-Order Topological Insulator.
Phys. Rev. Lett.
,
2020
, 125, 056402. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.125.056402
(纯计算)山东大学牛成旺/戴瑛团队Appl. Phys. Lett.: 2H-FeX2中可调的二阶拓扑绝缘体
(纯计算)山东大学牛成旺/戴瑛团队Phys. Rev. B: 二维铁电高阶拓扑绝缘体
山东大学牛成旺和戴瑛团队Nano Lett.:二维蜂窝状铁磁体中具有巨谷极化的二阶拓扑绝缘体
