英文原题：RobustQuantumAnomalousHallStatesinMonolayerandFew-LayerTiTe

做家：XiaoyuXuan(轩啸宇),ZhuhuaZhang(张助华),ChangfengChen(陈长风),WanlinGuo(郭万林)

布景引见

拓扑绝缘体是一种内部绝缘而表面导电的量子材料。其表面的导电性由于遭到对称性庇护，可不受杂质及外部处境的侵犯，具备极高输运安稳性。在二维体制中，工夫反演对称性使得拓扑绝缘体中具备不同自旋方位的电子顺着材料边沿相向而行，产生双向单车道输运形式。但是，当处于这两个输运通道的电子在空间上相互凑近时，会因库伦散射而斲丧能量，进而低沉材料的量子输运功能。在二维拓扑绝缘体中引入磁性，攻破工夫反演对称性，可将双自旋通道塑造为单自旋通道，进而实行单向单车道输运形式，从理论上完全治理电子输运的散射题目。单自旋通道的输运方位，即手性，是由自旋磁化的方位决计。具备这类无耗散手性导电边沿态的材料被称为量子失常霍尔绝缘体。这类材料是制备低能耗的高速电子器件的幻想材料，也是寻求拓扑磁电、马约拉纳费米子等别致量子物理的平台。但是，大部份已报导的量子失常霍尔绝缘体的处事温度远低于室温，并且难以经过叠层擢升其本征的量子输运功能。

图1.(a)单层碲化钛原子组织示用意。

文章走光

指日，南京航空航天大学郭万林院士团队的张助华等人基于密度泛函理论和高通量筹划在四方晶格体制中寻觅到了新的室温量子失常霍尔绝缘体—二维碲化钛，该研讨成效颁发在NanoLetters上。单层碲化钛具备远超室温的居里温度、较大的拓扑带隙、希望在室温下实行量子失常霍尔效应。更为少见的是，碲化钛层与层之间为铁磁耦合，于是可经过层数堆垛赢得更高陈数的量子失常霍尔绝缘体，为开展基于高陈数目子失常霍尔绝缘体的原形和运用研讨供应了新道路。

图2.(a)不思虑自旋轨道耦合效应的碲化钛单层能带组织。(b)凑近狄拉克锥的三维能带组织。(c)钛原子之间的相易耦合示用意。

图3.(a)思虑自旋轨道耦合效应的能带组织；(b)失常霍尔电导与费米能的函数关连；(c)动量空间中已占居的能带对贝里曲率散布的进贡；(d)沿()方位的拓扑边沿态。

在碲化钛层内，钛原子之间经过e-t2轨道之间的电子相易产生强的铁磁耦合。蒙特卡洛摹拟预算的单层碲化钛居里温度高达K，远超室温。同时，由于碲原子较大的半径和品质，碲化钛具备强自旋轨道耦合效应，在狄拉克点上翻开了可制服室温热引发的电子能隙(meV)，为在室温四周实行和行使量子失常霍尔效应供应了或许。

图4.(a)双层碲化钛的拓扑边沿态；(b)三层碲化钛的拓扑边沿态；(c)2-5层碲化钛穿梭费米能级的狄拉克锥；(d)三维碲化钛的能带组织。

对于双层堆垛的研讨显示，碲化钛层间经过d-pz/py-pz-d超超相易产生层间铁磁耦合。更为奇特的是，双层至五层的碲化钛，均依旧具备狄拉克铁磁半金属态，而体块则退步为平凡的铁磁半金属。跟着堆垛层数增进，自旋轨道耦合所翻开的能隙从单层的meV裁减到三层的meV。双层和三层碲化钛的半无穷长条带模子的能带显示他们别离具备4和6条毗邻导带和价带的拓扑边沿态，表明陈数经过层数可叠加。这些性格象征着多数层碲化钛不光可在室温下保持量子失常霍尔绝缘态，还能够实行高陈数的输运转为。

归纳/预计

研讨团队推断了具备高居里温度、大拓扑能隙且陈数经过层数可叠加的量子失常霍尔绝缘体—二维碲化钛。该终于为寻求室温乃至更高温度下的别致量子局面供应了取舍。

关系论文颁发在NanoLetters上，南京航空航天大学博士研讨生轩啸宇为文章的第一做家。

通信做家消息：

张助华熏陶

张助华，长远从事低维材料多场耦合功效性的物理力学研讨，在低维碳、硼等材料组织的力-电-磁耦合和流固耦合能量调动等方面得到系列科学发觉，在Nature/Science子刊、PRL、JACS、JMPS等期刊上颁发论文篇，被SCI他引次，陆续投入、华夏高被引学者榜单(力学学科)，获受权专利4项；担当华夏力学学会物理力学业余委员会委员等。

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