層狀磁性拓撲材料中的物理問題與實驗進展*

孫慧敏 何慶林?

1) (北京大學物理學院, 量子材料科學中心, 北京 100871)

2) (量子物質科學協同創新中心, 北京 100871)

3) (北京大學輕元素量子材料交叉平臺和輕元素先進材料研究中心, 北京 100871)

1 引 言

層狀磁性材料能將材料的自發磁化維持至極端的二維極限[1], 例如材料的單原胞層厚度, 因此材料的磁性能通過除了磁場以外的其他手段來有效控制, 例如電場、載流子摻雜、應力[2]等, 提供了一個探索、理解和調控低維磁結構的多功能研究平臺, 因此層狀磁性材料一直備受二維材料、自旋電子學領域的關注.近十年來, 在拓撲物理領域的研究發展過程中, 發現了拓撲絕緣體[3]和以狄拉克、外爾、節線半金屬等為代表的拓撲半金屬[4-6].在這些本征非磁性拓撲材料中, 由于存在時間反演對稱性, 材料一般不呈現反常霍爾效應, 拓撲態的電子結構主要由無質量的螺旋性狄拉克費米子、無質量的手性外爾費米子等主導.有趣的是, 如果對體系引入垂直磁有序或外加強的垂直外磁場, 在狄拉克點或外爾點附近產生大的貝里曲率, 時間反演對稱性被破缺, 體系從而顯示出巨大的反常霍爾效應[7,8].因此, 這種由于電子結構的拓撲非平庸性的貢獻一般為材料主導的內稟特性, 值得注意的是拓撲平庸的電子結構也能貢獻一小部分的內稟反常霍爾效應.相對而言, 拓撲平庸材料中的凈磁矩、散射等機制則產生外稟反常霍爾效應[7].同時, 相對于體態, 這些拓撲材料的拓撲……