Ge掺杂MnBi2Te4中多样拓扑态的出现

作为研究对称性、拓扑结构与磁性相互作用的理想平台,磁性拓扑绝缘体MnBi2Te4引起了广泛关注。然而其强n型本征缺陷阻碍了奇异量子现象的发现。受近期关于Ge掺杂可有效调控费米能级位置的启发,该研究团队系统探究了从MnBi2Te4磁性拓扑绝缘体到GeBi2Te4强拓扑绝缘体的掺杂浓度带隙演变规律与拓扑相图。不同于磁性掺杂的Bi2Se3体系,此处拓扑特性由反铁磁单元与非磁性/铁磁单元间时间反演不变动量能带折叠引发的双重能带反转竞争所决定。通过采用能带动量映射方法,除已知的磁性拓扑绝缘相外,该工作首次在反铁磁态发现两类磁性狄拉克半金属相,在铁磁态揭示两类外尔半金属相,并在特定掺杂区间观察到中间平庸态。值得注意的是,该平庸态可通过微小应变调控为具有双重能带反转特征与超长费米弧的奇异外尔相。该研究揭示了通过本征量子效应实现多样化拓扑态的机制,为未来电子器件设计提供了重要理论基础。

量科快讯