大數(shù)據(jù)時(shí)代對(duì)于高速、低功耗存儲(chǔ)和邏輯器件的需求不斷增長(zhǎng)，自旋軌道耦合效應(yīng)作為一種將電荷與自旋自由度相耦合的物理機(jī)制，為新型器件的設(shè)計(jì)提供了可能。近日，上?？萍即髮W(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院/拓?fù)湮锢韺?shí)驗(yàn)室寇煦豐團(tuán)隊(duì)聯(lián)合中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)喬振華教授和牛津大學(xué)Thorsten Hesjedal團(tuán)隊(duì)在對(duì)本征磁性拓?fù)浣^緣體的磁電輸運(yùn)調(diào)控研究方面取得重要進(jìn)展。相關(guān)研究成果以“Tunable Chiral Magneto-Transport through Band Structure Engineering in Magnetic Topological Insulators Mn(Bi₁-xSbx)2Te4”為題發(fā)表于《科學(xué)進(jìn)展》(Science Advances)。

近年來(lái)，拓?fù)洳牧弦蚱洫?dú)特的量子特性在凝聚態(tài)物理和新型自旋電子器件中引起廣泛關(guān)注。其中，Mn(Bi₁-xSbx)2Te4 作為一種本征磁性拓?fù)浣^緣體，因其兼具磁性與拓?fù)湫?，成為研究量子反?；魻栃?yīng)、自旋電子學(xué)以及能帶工程的重要平臺(tái)。在前期工作基礎(chǔ)上，研究團(tuán)隊(duì)利用分子束外延生長(zhǎng)技術(shù)制備了一系列高質(zhì)量的2英寸Mn(Bi₁-xSbx)2Te4薄膜。結(jié)合基于密度泛函理論的第一性原理計(jì)算，他們發(fā)現(xiàn)隨著銻（Sb）摻雜比例的提高，Mn(Bi₁-xSbx)2Te4的能帶結(jié)構(gòu)發(fā)生顯著演化，誘導(dǎo)出一個(gè)從拓?fù)浞瞧接箲B(tài)向平庸態(tài)的拓?fù)湎嘧?，其?duì)應(yīng)的反?；魻栯妼?dǎo)（anomalous Hall conductance，AHC）也會(huì)出現(xiàn)極性翻轉(zhuǎn)。同時(shí)還觀(guān)測(cè)到該材料體系的自旋紋理結(jié)構(gòu)手性變化會(huì)誘導(dǎo)二次諧波霍爾響應(yīng)信號(hào)的極性反轉(zhuǎn)。本工作揭示了能帶工程在實(shí)現(xiàn)本征磁性拓?fù)浣^緣體材料電子能帶結(jié)構(gòu)，表面態(tài)自旋紋理以及拓?fù)湮镄哉{(diào)控方面的巨大潛力，不僅為探索非線(xiàn)性輸運(yùn)現(xiàn)象提供了理想模型，也為基于自旋手性和拓?fù)渥杂啥鹊牡凸牧孔悠骷於藞?jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

上?？萍即髮W(xué)是該成果的第一完成單位，信息學(xué)院后摩爾器件與集成系統(tǒng)中心寇煦豐課題組2021級(jí)博士生陳鵬、2021級(jí)碩士生黃浦陽(yáng)以及中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)的李澤宇為共同第一作者，寇煦豐教授、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)的喬振華教授和英國(guó)牛津大學(xué)的Thorsten Hesjedal教授為共同通訊作者。

論文鏈接：https://www.science.org/doi/full/10.1126/sciadv.adt6084

圖：通過(guò)改變Sb與Bi比例實(shí)現(xiàn)本征磁性拓?fù)浣^緣體Mn(Bi₁-_xSb_x)₂Te₄的電子能帶結(jié)構(gòu)和反常霍爾效應(yīng)響應(yīng)的精準(zhǔn)調(diào)控