張健敏教授及其博士生楊檸境采用多軌道緊束縛方法研究了由反常能斯特效應(yīng)揭示的二維Janus ScClI的高階拓?fù)湫再|(zhì)。研究成果以《Higher-order topological phase diagram revealed by anomalous Nernst effect in a Janus ScClI monolayer》為題發(fā)表于學(xué)術(shù)刊物《Physical Review B》上。

在二維鐵磁Janus材料中，他們發(fā)現(xiàn)ScClI作為一個(gè)新型的二階拓?fù)浣^緣體，表現(xiàn)出多種出色的物理特性。為了可以充分描述ScClI的高階拓?fù)鋵傩裕麄兘⒘艘环N多軌道耦合的緊束縛模型。同時(shí)，ScClI也是本征的磁性材料，且具有由磁谷耦合帶來的巨谷極化性質(zhì)。因此，在磁谷耦合和能級(jí)差的共同調(diào)控下，他們給出了ScClI的完整的高階拓?fù)湎鄨D。ScClI經(jīng)歷了由二階拓?fù)浣^緣體(SOTI)到量子反常霍爾絕緣體(QAHI)到平庸的絕緣體(NI)的相變過程。

由于二維ScClI在費(fèi)米能級(jí)附近的巨谷極化特征，這使得拓?fù)湎嘧冞^程中的三種絕緣相表現(xiàn)出不同的谷電子特征。這種差異性的谷物理特性，能夠讓ScClI在熱激發(fā)的電輸運(yùn)中表現(xiàn)出完全不同的反常能斯特電導(dǎo)。在此基礎(chǔ)上，他們給出了與拓?fù)湎鄨D相對(duì)應(yīng)的反常谷能斯特電導(dǎo)圖。由此，通過谷物理性質(zhì)，他們建立了高階拓?fù)渑c谷能斯特效應(yīng)之間的聯(lián)系，這對(duì)高階拓?fù)浣^緣子和谷電子具有潛在的影響。

圖文導(dǎo)讀如下：

圖1 (a) ScClI的俯視和側(cè)視圖。(b,c)分別展現(xiàn)了體系的投影軌道的能帶和投影態(tài)密度。(d)展現(xiàn)了在費(fèi)米能級(jí)附近的自旋極化能帶。紅色線和藍(lán)色線表示自旋向上和自旋向下。

圖2 (a) 2D ScClI關(guān)于和的完整的拓?fù)湎鄨D。(b-d) 分別展現(xiàn)了體系在二階拓?fù)浣^緣體(SOTI)，量子反常谷霍爾絕緣體(QAVHI)和平庸絕緣體(NI)三個(gè)絕緣相下，三角量子點(diǎn)的能譜。其中的插圖顯示了波函數(shù)的分布。

圖3 (a) ScClI在1.5%-3%應(yīng)變范圍內(nèi)的能帶演化。(b)和(c)中分別顯示了2.2%應(yīng)變下QAVHI的WCC和surface band。量子反常霍爾電導(dǎo)如(d)圖所示。

圖4 (a)-(c)分別表示了關(guān)于K/K’谷的SOTI、QAVHI和NI的Berry曲率、反常能斯特電荷流（ANC）和反常能斯特谷流（ANV）。(d) ANV關(guān)于Energy和的函數(shù)。(e) ANV關(guān)于Energy和磁矩方向的之間的關(guān)系。相位邊界用灰色虛線標(biāo)記。

相關(guān)論文：

Phys. Rev. B 109, 035423 (2024).

DOI: 10.1103/PhysRevB.109.035423