Quantum anomalous Hall insulator state in ferromagnetically ordered MnBi2Te4/VBi2Te4 heterostructures

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作者
Wenxuan Zhu,Cheng Song,Liyang Liao,Zhi-Yuan Zhou,Hua Bai,Yongjian Zhou,Feng Pan
出处
期刊:Physical review 卷期号:102 (8) 被引量:29
标识
DOI:10.1103/physrevb.102.085111
摘要

The quantum anomalous Hall effect (QAHE) has been experimentally realized in the van der Waals layered topological insulator $\mathrm{Mn}{\mathrm{Bi}}_{2}{\mathrm{Te}}_{4}$. However, the antiferromagnetic order of $\mathrm{Mn}{\mathrm{Bi}}_{2}{\mathrm{Te}}_{4}$ restricts the experimental observation of the QAHE at zero magnetic field. Based on first-principle calculations, we find that stacking $\mathrm{Mn}{\mathrm{Bi}}_{2}{\mathrm{Te}}_{4}$ with $\mathrm{V}{\mathrm{Bi}}_{2}{\mathrm{Te}}_{4}$, another material from the $\mathrm{M}{\mathrm{Bi}}_{2}{\mathrm{Te}}_{4}$ family, can realize a ferromagnetic coupling between layers with an out-of-plane easy axis. The nontrivial topological phase exists in $\mathrm{Mn}{\mathrm{Bi}}_{2}{\mathrm{Te}}_{4}/\mathrm{V}{\mathrm{Bi}}_{2}{\mathrm{Te}}_{4}$ bilayers and multilayers. $\mathrm{Mn}{\mathrm{Bi}}_{2}{\mathrm{Te}}_{4}$ is the main source of QAHE, while $\mathrm{V}{\mathrm{Bi}}_{2}{\mathrm{Te}}_{4}$ boosts ferromagnetic coupling between the layers. Thus QAHE can be achieved at zero magnetic field in $\mathrm{Mn}{\mathrm{Bi}}_{2}{\mathrm{Te}}_{4}/\mathrm{V}{\mathrm{Bi}}_{2}{\mathrm{Te}}_{4}$ heterostructures, irrespective of odd and even layers. Our finding sheds light on strongly pursuing robust QAHE in van der Waals magnetic topological insulators.
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