Chern Number Tunable Quantum Anomalous Hall Effect in Compensated Antiferromagnets

量子霍尔效应 凝聚态物理 量子反常霍尔效应 量子自旋霍尔效应 物理 霍尔效应 分数量子霍尔效应 量子 量子力学 电子 磁场
作者
Wenhao Liang,Zeyu Li,Jiaqi An,Yafei Ren,Zhenhua Qiao,Qian Niu
出处
期刊:Physical Review Letters [American Physical Society]
卷期号:134 (11) 被引量:2
标识
DOI:10.1103/physrevlett.134.116603
摘要

We propose to realize the quantum anomalous Hall effect (QAHE) in two-dimensional compensated antiferromagnets without net spin magnetization. We consider antiferromagnetic ${\mathrm{MnBi}}_{2}{\mathrm{Te}}_{4}$ as a concrete example. By breaking the parity-time ($\mathcal{P}\mathcal{T}$) symmetry of even-layer ${\mathrm{MnBi}}_{2}{\mathrm{Te}}_{4}$, we find that the system can host the QAHE with a nonzero Chern number. We show that by controlling the antiferromagnetic spin configuration---for example, down/up/up/down that breaks $\mathcal{P}\mathcal{T}$ symmetry---tetralayer ${\mathrm{MnBi}}_{2}{\mathrm{Te}}_{4}$ can host a Chern number $|\mathcal{C}|=1$. Such spin configuration can be stabilized by pinning the spin orientations of the surfaces. Furthermore, via tuning the on-site orbital energy and vertical electric fields, we find rich QAHE phases with tunable Chern number of $|\mathcal{C}|=1,2,3$. In addition, we reveal that the edge states are layer selective and primarily located at the boundaries of the bottom and top layers. Our Letter not only proposes a scheme to realize Chern number tunable QAHE in antiferromagnets without net spin magnetization but also provides a platform for layer-selective dissipationless transport devices.
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