系統研究單層氯化鑭的拓撲特性

2020-06-19

  氯化鑭體材料1981年已經合成出來。計算表明該單層結構很容易被剝離,同時在室溫下也很穩定。通過初性原理計算,我們揭示其具有面內鐵磁基態,并且節點線簡并態的軌道成分達到形成面內磁矩的要求。此外,面內磁矩在能量上具有各向同性特點,為實驗上通過外磁場來調控面內磁矩方向提供了可能。

  隨后,我們系統研究了單層氯化鑭的拓撲特性。該材料晶體結構對稱性較高,當面內磁矩沿特定角度時,自旋軌道耦合會打開簡并的二維節點線,并退化成垂直于磁矩方向的鏡面上兩個簡并點,從而形成半金屬相。然而,當面內磁矩沿其它角度時,體系不存在鏡面對稱性,自旋軌道耦合會在簡并的節點線上每個點都打開帶隙,從而實現量子反?;魻栃?。

  進一步,量子反?;魻栃獙耐負鋽凳顷悢?,而這里陳數可以為 +1 或 -1。當面內磁矩方向跨過半金屬相對應的特定角度,體系所對應的陳數就會反號。這意味著半金屬相對應的就是拓撲相變的相變點。然后,還可以構造該體系的模型哈密頓量,借助緊束縛近似處理得到的結果與初性原理計算的結果嚴格相同,從而更進一步說明了單層氯化鑭體系的拓撲特性。


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