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研究快讯 | 手性磁畴壁调控量子反常霍尔效应
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EDITORS' SUGGESTION
Quantum Anomalous Hall Effects Controlled by Chiral Domain Walls
Qirui Cui(崔琪睿), Jinghua Liang(梁敬华), Yingmei Zhu(朱英梅), Xiong Yao(姚雄), and Hongxin Yang(杨洪新)
Chin. Phys. Lett. 2023, 40 (3): 037502
DOI: 10.1088/0256-307X/40/3/037502
文章亮点
证明了二维磁体中可以同时存在手性磁畴壁(magnetic chiral domain wall, DW)和量子反常霍尔效应(quantum anomalous Hall effect, QAHE)两种拓扑物态，提出利用外磁场、热激发及自旋轨道转矩等方法驱动手性畴壁，进而实现对量子反常霍尔效应的可重构快速操控。
图：手性畴壁调控量子反常霍尔效应示意图。构建具有Dzyaloshinskii–Moriya相互作用的反常霍尔效应绝缘体，可以实现手性磁畴壁与量子反常霍尔效应的共存。磁畴壁作为天然磁边界分隔具有相反手性的拓扑电子态，通过外磁场、激发和自旋流等方法控制磁畴壁会导致量子反常霍尔效应的重构。
手性磁畴壁调控量子反常霍尔效应
研究背景
手性磁畴壁是一类具有离散对称性的拓扑结构。作为相反磁化畴间的边界，该结构被广泛应用于自旋电子存储和逻辑器件中。手性畴壁的出现需要材料体系具有强Dzyaloshinskii–Moriya相互作用。量子反常霍尔效应则是另一种电子拓扑相，具有无能量耗散的手性边缘态，在超低功耗电子器件中应用前景广阔。然而，如何在实际材料体系中实现两种拓扑态的共存，并进一步实现手性畴壁对量子反常霍尔边缘态的控制目前是一个重要挑战。
内容简介
最近，南京大学杨洪新教授和崔琪睿青年研究员等人通过第一性原理计算，构建瓦尼尔紧束缚模型与微磁学模拟，证明了在具有非平庸电子态和强Dzyaloshinskii–Moriya相互作用的二维磁体VSe2和Fe2XI(X=Cl, Br)中拓扑磁结构和高温量子反常霍尔效应可以共存。研究人员发现通过施加外磁场和热扰动能够实现可重构的量子反常霍尔效应，并通过自旋轨道转矩驱动畴壁快速运动可以实现手性边缘态的精准快速控制。
研究意义和重要性
基于对称破缺的二维磁体，获得了非平庸的电子态及强Dzyaloshinskii–Moriya相互作用，实现了手性畴壁与量子反常霍尔效应在磁体中的共存，进一步利用磁场、温度场以及自旋流产生的自旋轨道转矩驱动手性畴壁，实现了对量子化边缘态的有效控制。该工作为自旋量子输运调控提供了一种新的可行方法。
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