在拓扑绝缘子的磁性和电子特性之间架起桥梁(a)和(b)示出Bi2Te3和磁拓扑绝缘子样品的电子带结构;后者的狄拉克锥结构更为突出。(c)两个突出的光电发射峰和他们的渐进聚变是由于直流间隙随着温度的升高而缩小。来源:自然通讯东京理工大学的科学家揭示了拓扑绝缘体的磁性与其电子带结构之间的关系。他们的实验结果为最近关于这些材料中带结构随温度变化的争论提供了新的见解，这些材料表现出不寻常的量子现象，并被设想成为下一代电子学、自旋电子学和量子计算机的关键。拓扑绝缘体具有表面导电而内部绝缘的特性。这种看似简单、独特的特性使得这些材料能够产生大量的奇异量子现象，这些现象对于量子计算机、自旋电子学和先进的光电系统非常有用。然而，要解开某些不寻常的量子特性，就必须在拓扑绝缘体中诱导磁性。换句话说，材料中电子相互排列的某种“顺序”需要被实现。年，一种实现这一壮举的新方法被提出。这种技术被称为“磁性延伸”，包括在拓扑绝缘体的最上层插入一层磁性材料，这样就可以避免掺杂磁性杂质等其他可用方法造成的问题。不幸的是，磁延伸的使用导致了关于最终材料的电子带结构的复杂问题和相互矛盾的答案，它决定了电子的可能能级，并最终决定了材料的导电性能。拓扑绝缘体在其电子带结构中呈现出狄拉克锥(DC)，类似于两个相互面对的锥。理论上，直流对于普通的拓扑绝缘子来说是没有空隙的，但是由于磁性的诱导而产生空隙。然而，科学界对两个锥尖之间的间隙与实验材料的磁特性之间的相关性尚未达成一致。扫描透射电子显微镜图像和能量色散光谱一起被用来确定样品的两种可能结构的原子组成。来源:自然通讯在最近解决这个问题的努力中，来自多所大学和研究机构的科学家进行了一项合作研究，由来自日本东京理工学院的Assoc教授ToruHirahara领导。他们通过在研究良好的拓扑绝缘体Bi2Te3上沉积Mn和Te来制造磁性拓扑结构。科学家们推测,额外锰层交互与Bi2Te3更强烈,新兴磁性的变化可以归因于直流差距,绫香发明解释说:“我们希望强大的层间磁相互作用将导致情况磁特性之间的对应关系,与先前的研究相比,直流差距明显。”通过检查样品的电子带结构和光电发射特性，他们演示了直流电隙是如何随着温度的升高而逐渐减小的。此外，他们分析了样品的原子结构，发现了两种可能的配置，MnBi2Te4/Bi2Te3和Mn4Bi2Te7/Bi2Te3，后者导致了直流间隙。然而，一个奇怪的令人困惑的发现是，直流间隙关闭时的温度远远超过临界温度(TC)，超过这个温度材料就失去了其永久磁性顺序。这与之前的研究结果形成了鲜明的对比，之前的研究表明，在高于材料TC的温度下，直流间隙仍然可以打开而不关闭。对此，Hirahara评论道:“我们的研究结果首次表明，TC以上长程磁序的损失与直流间隙的闭合没有关联。”虽然还需要进一步的努力来澄清直流电隙的性质和磁特性之间的关系，但这项研究是在正确的方向上迈出的一步。希望对这些量子现象的更深理解将帮助我们收获下一代电子和量子计算的拓扑绝缘体的力量。

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