2D強磁性絶縁体から、極薄MNBI2TE4のワイドバンドギャップ量子アノマスホール絶縁体へのクロスオーバー

固有の磁気トポロジカル絶縁体は、より高い温度で動作する堅牢な磁気トポロジーフェーズの低障害と大きな磁気バンドギャップを提供します。層の厚さを制御することにより、量子異常ホール（QAH）効果やa軸絶縁相などの緊急現象が実現されました。これらの観測は、バルクMNBI2TE4のNéel温度よりも大幅に低い温度で発生し、Ultrathin MNBI2TE4のDIRACポイントでの磁気エネルギーギャップの測定はまだ達成されていません。このシステムの約束を達成するために重要なのは、レイヤー依存のエネルギーギャップの直接測定と、大きなバンドギャップQAH絶縁体からギャップレスTI常磁性相への温度依存性トポロジョフェーズ遷移の検証です。ここでは、温度依存性角度分解光排出分光法を利用して、エピタキシャル超薄膜MNBI2TE4を研究します。1つの中隔層（1 SL）で780 MEVを超えるバンドギャップを備えた2D強磁性絶縁体から、3および5で8 Kの大きなエネルギーギャップ（> 70 MEV）を持つQAH絶縁体までの層依存のクロスオーバーを直接観察します。SL MNBI2TE4。QAHギャップは、8 kを超える温度が上昇するとギャップがなくなるため、原点が磁気であることが確認されています。

Intrinsic magnetic topological insulators offer low disorder and large magnetic band gaps for robust magnetic topological phases operating at higher temperatures. By controlling the layer thickness, emergent phenomena such as the quantum anomalous Hall (QAH) effect and axion insulator phases have been realized. These observations occur at temperatures significantly lower than the Néel temperature of bulk MnBi2Te4, and measurement of the magnetic energy gap at the Dirac point in ultrathin MnBi2Te4 has yet to be achieved. Critical to achieving the promise of this system is a direct measurement of the layer-dependent energy gap and verification of a temperature-dependent topological phase transition from a large band gap QAH insulator to a gapless TI paramagnetic phase. Here we utilize temperature-dependent angle-resolved photoemission spectroscopy to study epitaxial ultrathin MnBi2Te4. We directly observe a layer-dependent crossover from a 2D ferromagnetic insulator with a band gap greater than 780 meV in one septuple layer (1 SL) to a QAH insulator with a large energy gap (>70 meV) at 8 K in 3 and 5 SL MnBi2Te4. The QAH gap is confirmed to be magnetic in origin, as it becomes gapless with increasing temperature above 8 K.