王征飞：面内磁化的本征量子反常霍尔效应：搜索规则和材料预测

xiadie

量子反常霍尔效应（QAHE）作为霍尔“家族”的最后一个谜题，最近几年得到了广泛地研究。实现QAHE需要两个关键因素，其一是铁磁性，即材料的本征磁性或通过磁性物质的掺杂所引起的磁性；其二是自旋-轨道耦合（SOC），其可以引入一个重要的拓扑相位。在之前的所有研究工作中均存在一种默认的假设，即铁磁性必须具有面外的磁化。从物理学角度来讲，面外磁化对于QAHE只是一个充分条件而不是一个必要条件。虽然很多研究人员已经预测面内磁化也能诱导产生QAHE，但大部分都只是简单的模型计算，并未建立磁各相异性和局部电场结构之间的本质关系。对于如何在具有面内磁化的实际铁磁材料中搜寻QAHE，目前还不太清楚。

单层LaCl的相关物理性质

近日，中国科学技术大学王征飞教授、杨金龙教授和犹他大学盐城湖分校Feng Liu教授（共同通讯作者）等人引入一种通用的搜索规则填补了面内磁化搜寻QAHE的空白，并使用第一性原理预测出单层LaCl，以实现面内磁化的本征QAHE。由于自旋-轨道耦合，当费米能级上简并节点与磁量子数的绝对值相同时，磁化将倾向于面内方向。此外，根据破缺和守恒的镜面对称，可以实现QAHE或2D半金属。通过调整面内磁化的方向，LaCl中的QAHE表现出三重旋转对称性，其陈数为+1或-1，其转变点是2D半金属相。该研究结果极大地扩展了QAHE的材料家族，从而激发了从实验角度研究该现象的兴趣。相关成果以题为“Intrinsic Quantum Anomalous Hall Effect with In-Plane Magnetization: Searching Rule and Material Prediction”发表于国际顶级物理期刊Physical Review Letters。

本文建立了节线与磁各向异性之间的基本关系，介绍了在面内磁化搜索QAHE的一般规则，并对实际材料进行预测。该研究结构极大地丰富了物理学并扩展了QAHE的材料家族，并有望引起相关实验研究人员的注意。

文献连接：Intrinsic Quantum Anomalous Hall Effect with In-Plane Magnetization Searching Rule and Material Prediction（Physical Review letters, 2018, DOI: 10.1103/PhysRevLett.121.246401）