跳到主要内容

主题

拓扑物质

拓扑物质

磁性拓扑绝缘子在压力下会发生相变

晶体Bi2Te32特3。礼貌: 中国物理快报" />
铋的晶体结构23。礼貌: 中国物理快报

在2019年,研究人员发现了两种内在磁性材料MnBi24 和MnBi27可以充当拓扑绝缘体-大量电绝缘但在表面导电良好的材料。领导的团队 杨鹏琪上海科技大学 现已证明,可以通过对它们施加高压而在这些层状异质结构中引起相变,从而调节它们的晶体结构和电子性能。他们说,这些结果可以使我们进一步了解这些材料和相关材料中的磁性和拓扑之间的相互作用。

除了其异常的导电行为外,拓扑绝缘体还可以表现出各种奇特的量子效应,包括量子反常霍尔效应(QAHE)和量子相(例如轴绝缘态)。但是,只有在材料中掺杂了磁性杂质后,才会出现许多这样的效果。这种掺杂的缺点是,它还会在材料的晶格中引入无序现象,这使得研究人员很难研究存在的任何量子现象。

与Bi相似的晶体结构23

本征磁性拓扑绝缘子,例如MnBi24 和MnBi27 避免此问题,而是结晶成类似于Bi的有序分层结构23,这是环境条件下的典型拓扑绝缘体。 Qi及其同事在工作中向MnBi施加了高达50 GPa的压力24 和MnBi27 使用钻石砧盒设备将样品挤压在宝石级钻石晶体的扁平尖端之间。尖端的小尺寸(400微米)使得仅需很小的作用力就可以达到如此高的压力。

研究人员在该单元中进行了高压电阻率测量,以及原位高压拉曼光谱和同步加速器X射线衍射。后面的实验是在 先进的光子源上海同步辐射装置.

随着压力的增加,反铁磁性逐渐消失

Qi及其同事发现MnBi中通常显示出反铁磁性24 和MnBi27 随着压力的增加逐渐消失,而材料的电导率和晶体结构也急剧变化。但是,通过 从头开始 在进行带结构计算时,研究小组发现,施加的压力不会改变两个系统的拓扑性质,直到在超过16 GPa的压力下发生结构相变为止。他们还观察到两种材料的体积和表面状态对施加压力的反应不同,从而产生了两种相互竞争的宏观电阻率。

自MnBi以来24 和MnBi27 由于是层状材料,研究人员希望它们的电传输和磁性能对层间和层内相互作用之间的竞争敏感-实际上可以通过调节外部压力来进行调节。他们在高达34 GPa的压力下的电阻率测量结果表明,在低压范围(约3 GPa)中,有类似金属的传导,而在大于约12 GPa的增加的压力下发生了金属-半导体的转变。他们还指出,材料的电阻率在高于16 GPa的压力下会发生金属化,并且不会随着压力的进一步增加而发生明显变化。

“我们结合理论和实验研究建立了MnBi24 和MnBi47 “它是高度可调的磁性拓扑绝缘体,在压缩时会出现相变和新的电子态。” 物理世界。 “我们现在计划搜索行为相同的其他分层拓扑材料。”

工作报告在 中国物理快报.

版权©2020年由IOP 出版 Ltd和个人贡献者