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High Chern number quantum anomalous Hall effect tunable by stacking order in van der Waals topological insulators

堆积 量子反常霍尔效应 范德瓦尔斯力 拓扑绝缘体 拓扑(电路) 凝聚态物理 材料科学 拓扑序 物理 量子 纳米技术 量子霍尔效应 磁场 量子力学 核磁共振 分子 数学 组合数学
作者
Wenxuan Zhu,Cheng Song,Hua Bai,Liyang Liao,Feng Pan
出处
期刊:Physical review [American Physical Society]
卷期号:105 (15) 被引量:19
标识
DOI:10.1103/physrevb.105.155122
摘要

The discovery of van der Waals (vdW) ${\mathrm{MnBi}}_{2}{\mathrm{Te}}_{4}$ provides a platform for investigating the quantum anomalous Hall effect (QAHE), which is a candidate for quantum computation without dissipation. However, because of the topological requirement, the High Chern number QAHE with extended dissipation-free channels is hard to achieve in atomically thin samples, which can take full advantage of two-dimensional (2D) materials. In this work, by first-principles calculations, the variable stacking order (inherent to vdW materials) was proposed as a means of regulating the Chern number of the QAHE in ${\mathrm{MnBi}}_{2}{\mathrm{Te}}_{4}$ (MBT). The interlayer stacking order in the 2D limit dominates the orbital hybridization, resulting in a tunable topological property. Furthermore, the High Chern number QAHE with $C=N$ was achieved in ultrathin MBT ($2N$ septuple layers) with alternate stacking orders, which have different topological states. This scenario was extended to the vdW heterostructure of MBT-family materials for achieving a stable, zero-field, High Chern number QAHE. Our work reveals stacking tunable topological properties in vdW magnetic topological insulators and provides an effective means of regulating the QAHE.
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