近日，资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合作在国际驰名期刊Nano Letters上颁发题为“Electrically tunable topological phase transition in van der Waals heterostructures”的钻研论文。李杰副教授是第一作者，武汝前教授为通讯作者。

自量子反
；舳вΓ≦AHE）被发现以来，寻找拥有较大能带带隙和稳重边缘态的磁性拓扑绝缘体就受到了极大的关注。固然多多科研人员进行了宽泛的钻研，但是若何在尝试中观察到QAHE到目前为止还是一个巨大的挑战。当前，磁性拓扑绝缘体的索求钻研重要选取以下三种蹊径：拓扑绝缘体的磁性掺杂、利器拥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，它们都有各自的技术难题，好比磁性掺杂的不均匀性、原子层间可能存在的反铁磁耦合、较强的界面电荷转移及耦合对拓扑绝缘体表表态的粉碎等。因而，若何克服这些技术难题进而在较高温度下观测到QAHE对磁性拓扑资料或器件的利用来说拥有极度沉要的意思。同时，对于磁性拓扑绝缘体在自旋电子学及量子信息等方面的利用来说，其中一个最为沉要的问题是若何实现对其拓扑量子态的有效调控。当前，一些步骤被提出和尝试，好比通过磁极化旋转、表加磁场、施加机械应力、表加电场等。其中，表加电场的方式拥有可逆、低能耗且反映速度快蹬着点。因而，通过施加表电场来调控拓扑绝缘资料的拓扑个性是一个极具钻研价值的科学问题。

图1. (a)超薄vdW异质结资料示意图
；(b)(c)相应的能带结构及带隙随高低表表间电势差的演变过程
；(d)固定磁性极化强度时，vdW异质结资料的拓扑相图（其中，V和

都是以

为单元）。

李杰副教授通过选取有效哈密顿量模型，成功预测了当vdW异质结资料拥有较强的磁性极化（

）、较薄的厚度（较大的

）、较大的自旋-轨路耦合强度（SOC）和平展的界面等前提时，其可具备磁性拓扑个性，且相应的拓扑带隙随着表加电场的增大而逐步减幼直至关关，当表电场大于阈值时其带隙会再次打开并陪伴着拓扑相变的产生。

基于上述有效哈密顿量模型的预测，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)推算批注MBS/2BS/MBS在未加电场时，拥有较大的拓扑带隙(24.3meV)、垂直面表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索求钻研电场调控磁性拓扑个性的优良平台。深刻的推算显示表加电场能够有效的调控其拓扑带隙（如图2(b)的插图所示），对应的阈值电场约为0.06V/?。当表加电场大于0.06V/?时，随着其带隙再次被打开，相应的高低界面态出现回转，使其从拓扑绝缘体向通常绝缘体转变，即实现了表加电场对其拓扑相变的有效调控。相应的量子霍尔电导推算与一维MBS/2BS/MBS纳米带的边缘态变动（如图2(c)(d)所示）也进一步证实了其拓扑相变的产生。此表，作者还进一步索求了MBS/3BS/MBS、MBS/4BS/MBS与MBS/5BS/MBS。相对于较薄的MBS/2BS/MBS，它们拥有更大的拓扑带隙，但只有MBS/2BS/MBS和MBS/3BS/MBS在表加电场的作用下阐发出拓扑相变。重要原因是随着厚度的增长，高低界面态的耦合作用会变弱，进而无法再次打开其带隙。因而，对于尝试上的进一步验证来说，MBS/2BS/MBS和MBS/3BS/MBS将是一个优良的候选者。

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变动趋向）
；(c)(d)一维MBS/2BS/MBS纳米带在0.0 V/?及0.1 V/?的电场下，能带结构及其左边缘态。

由于Bi2Se3和MnBi2Se4拥有同源类似的vdW层状结构，所以高品质的MBS/2BS/MBS将会相对容易合成，而该工作中的理论预测在不久的将来可在大无数尝试室中得到验证，会在量子反
；舳вΦ攘煊蛞鹂矸旱墓刈。

有关论文链接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acs.nanolett.2c04708