福建师范大学张健敏教授课题组：Janus ScClI单层反常能斯特效应揭示的高阶拓扑相图

张健敏教授及其博士生杨柠境采用多轨道紧束缚方法研究了由反常能斯特效应揭示的二维Janus ScClI的高阶拓扑性质。研究成果以《Higher-order topological phase diagram revealed by anomalous Nernst effect in a Janus ScClI monolayer》为题发表于学术刊物《Physical Review B》上。

在二维铁磁Janus材料中，他们发现ScClI作为一个新型的二阶拓扑绝缘体，表现出多种出色的物理特性。为了可以充分描述ScClI的高阶拓扑属性，他们建立了一种多轨道耦合的紧束缚模型。同时，ScClI也是本征的磁性材料，且具有由磁谷耦合带来的巨谷极化性质。因此，在磁谷耦合和能级差的共同调控下，他们给出了ScClI的完整的高阶拓扑相图。ScClI经历了由二阶拓扑绝缘体(SOTI)到量子反常霍尔绝缘体(QAHI)到平庸的绝缘体(NI)的相变过程。

由于二维ScClI在费米能级附近的巨谷极化特征，这使得拓扑相变过程中的三种绝缘相表现出不同的谷电子特征。这种差异性的谷物理特性，能够让ScClI在热激发的电输运中表现出完全不同的反常能斯特电导。在此基础上，他们给出了与拓扑相图相对应的反常谷能斯特电导图。由此，通过谷物理性质，他们建立了高阶拓扑与谷能斯特效应之间的联系，这对高阶拓扑绝缘子和谷电子具有潜在的影响。

图文导读如下：

图1 (a) ScClI的俯视和侧视图。(b,c)分别展现了体系的投影轨道的能带和投影态密度。(d)展现了在费米能级附近的自旋极化能带。红色线和蓝色线表示自旋向上和自旋向下。

图2 (a) 2D ScClI关于和的完整的拓扑相图。(b-d) 分别展现了体系在二阶拓扑绝缘体(SOTI)，量子反常谷霍尔绝缘体(QAVHI)和平庸绝缘体(NI)三个绝缘相下，三角量子点的能谱。其中的插图显示了波函数的分布。

图3 (a) ScClI在1.5%-3%应变范围内的能带演化。(b)和(c)中分别显示了2.2%应变下QAVHI的WCC和surface band。量子反常霍尔电导如(d)图所示。

图4 (a)-(c)分别表示了关于K/K’谷的SOTI、QAVHI和NI的Berry曲率、反常能斯特电荷流（ANC）和反常能斯特谷流（ANV）。(d) ANV关于Energy和的函数。(e) ANV关于Energy和磁矩方向的之间的关系。相位边界用灰色虚线标记。

相关论文：

Phys. Rev. B 109, 035423 (2024).

DOI: 10.1103/PhysRevB.109.035423