Intrinsic Quantum Anomalous Hall Effect with In-Plane Magnetization: Searching Rule and Material Prediction

磁化 凝聚态物理 量子反常霍尔效应 物理 量子霍尔效应 磁场 量子力学
作者
Zhao Liu,Gan Zhao,Bing Liu,Zhengfei Wang,Jinlong Yang,Feng Liu
出处
期刊:Physical Review Letters [American Physical Society]
卷期号:121 (24) 被引量:144
标识
DOI:10.1103/physrevlett.121.246401
摘要

So far, most theoretically predicted and experimentally confirmed quantum anomalous Hall effects (QAHEs) are limited in two-dimensional (2D) materials with out-of-plane magnetization. In this Letter, starting from 2D nodal-line semimetal, a general rule for searching QAHE with in-plane magnetization is mapped out. Because of spin-orbital coupling, we found that the magnetization will prefer an in-plane orientation if the orbital of degenerate nodal-line states at the Fermi level have the same absolute value of magnetic quantum number. Moreover, depending on the broken or conserved mirror symmetry, either a QAHE or 2D semimetal can be realized. Based on first principles calculations, we further predict a real material of monolayer LaCl to be an intrinsic QAHE with in-plane magnetization. By tuning the directions of in-plane magnetization, the QAHE in LaCl demonstrates a threefold rotational symmetry with a Chern number of either +1 or −1, and the transition point is characterized by a 2D semimetal phase. All these features are quantitatively reproduced by tight-binding model calculations, revealing the underlying physics clearly. Our results greatly extend the scope for material classes of QAHE and hence stimulate immediate experimental interest.Received 17 July 2018DOI:https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.121.246401© 2018 American Physical SocietyPhysics Subject Headings (PhySH)Research AreasElectronic structureTopological materialsPhysical Systems2-dimensional systemsHoneycomb latticeTechniquesBand structure methodsFirst-principles calculationsLattice models in condensed matterCondensed Matter, Materials & Applied Physics
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