設計者の強磁性地磁気の絶縁体 - フェルロメグネットヘテロ構造の大きな磁気ギャップ

磁気と非自明のバンドトポロジを組み合わせることで、量子異常なホール（QAH）の絶縁体と、量子化されたエッジ状態に沿って散逸することなく電流が流れるQAH効果などのエキゾチックな量子相が生じます。磁気材料への近接性を介してトポロジー絶縁体に磁気秩序を誘導することは、ロスレス輸送用途の高温でQAH効果を達成するための有望な経路を提供します。有望なアーキテクチャの1つには、2つの単一セプタップル層（1SL）のMNBI2 TE4（2D強磁性絶縁体）を含むサンドイッチ構造が含まれます。50 MEVを超える大きなバンドギャップ。ここでは、分子ビームエピタキシーを介した1SL MNBI2 TE4 /4QL BI2 TE3 /1SL MNBI2 TE4ヘテロ構造の成長が実証され、角度分解光電子分光法を使用して電子構造が調査されました。強い六角形のゆがんだ巨大なディラックフェルミオンと75±15 meVのバンドギャップが観察されます。ギャップの磁気起源は、密度汎関数理論計算と一致して、交換ラッシュババ効果の観察とキュリー温度を上回る消失バンドギャップによって確認されます。これらの発見は、トポロジカル絶縁体の磁気近接効果に関する洞察を提供し、高温でQAH効果を実現するための有望なプラットフォームを明らかにします。

Combining magnetism and nontrivial band topology gives rise to quantum anomalous Hall (QAH) insulators and exotic quantum phases such as the QAH effect where current flows without dissipation along quantized edge states. Inducing magnetic order in topological insulators via proximity to a magnetic material offers a promising pathway toward achieving the QAH effect at a high temperature for lossless transport applications. One promising architecture involves a sandwich structure comprising two single-septuple layers (1SL) of MnBi2 Te4 (a 2D ferromagnetic insulator) with ultrathin few quintuple layer (QL) Bi2 Te3 in the middle, and it is predicted to yield a robust QAH insulator phase with a large bandgap greater than 50 meV. Here, the growth of a 1SL MnBi2 Te4 /4QL Bi2 Te3 /1SL MnBi2 Te4 heterostructure via molecular beam epitaxy is demonstrated and the electronic structure probed using angle-resolved photoelectron spectroscopy. Strong hexagonally warped massive Dirac fermions and a bandgap of 75 ± 15 meV are observed. The magnetic origin of the gap is confirmed by the observation of the exchange-Rashba effect, as well as the vanishing bandgap above the Curie temperature, in agreement with density functional theory calculations. These findings provide insights into magnetic proximity effects in topological insulators and reveal a promising platform for realizing the QAH effect at elevated temperatures.