基于构型设计的拓扑磁电效应实现方法

2024-03-23 生活常识关注公众号

经过特殊几何构型设计，铁磁轴子绝缘体在外电场下诱导表面霍尔环流实现拓扑磁电效应，这可能是实现拓扑磁电效应的理想平台。相关研究首次证明了几何构型设计在实现拓扑磁电效应中重要性。同时，通过对真实材料中难以实现的表面积磁构型和铁磁体系实现拓扑磁电效应的分析，找到了实现拓扑磁电效应的有效途径。

通过设计轴子绝缘体的几何构型，理论预言具有三棱柱构型的铁磁轴子绝缘体MnBi

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4是实现拓扑磁电效应的理想平台，《国家科学评论》近期发文报道了该成果。

近日，《国家科学评论》杂志在线发表了南方科技大学物理系刘奇航副教授课题组的研究成果，该研究指出几何构型设计在实现拓扑磁电效应中的重要作用，提出在铁磁材料中实现拓扑磁电效应的方案。

拓扑场论预言轴子绝缘体具有独特的拓扑磁电响应，即在材料中施加外电场（外磁场）可导致平行于外场的轨道磁矩（电极化），虽然近年来有多个反铁磁体系被实验证明为轴子绝缘体，但一直未能观测到拓扑磁电效应。因为实现拓扑磁电效应需要体系的所有表面都具有符号相同的磁性能隙，实验上难以实现这种复杂的表面磁构型。

该研究团队指出，经过特殊的几何构型设计，铁磁轴子绝缘体在外电场下能诱导表面霍尔环流，同样能实现拓扑磁电效应。与此前的反铁磁方案不同，该体系只需共线铁磁序，在著名的本征磁性拓扑绝缘体MnBi

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4家族上可容易实现。通过线性响应理论进行计算，研究团队在铁磁轴子绝缘态的MnBi

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4得到接近量子化的拓扑磁电响应系数，表明该体系是实现拓扑磁电效应的理想平台。研究首次证明了几何构型设计在实现拓扑磁电效应中重要性，对实验上实现拓扑磁电效应提供了新思路。

图1：

三棱柱铁磁MnBi

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4实现拓扑磁电效应模型示意图

此前，实现拓扑磁电效应的方案仅针对理想的反铁磁体系构型，包括（a）具有表面刺猬型磁矩的三维球形拓扑绝缘体和（b）具有侧表面法向磁矩的圆柱形拓扑绝缘体，但这两种表面磁矩构型在真实材料中难以实现。（c）对于铁磁体系，赤道区域因存在无能隙的手征模，在外电场下南北半球区域霍尔环流方向相反，无法产生净轨道磁矩。（d）通过几何构型设计，三棱柱铁磁MnBi

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4的侧表面仅有一支平行于手征模的霍尔环流，在外电场下可产生净轨道磁矩，实现拓扑磁电效应。

图2:

线性响应理论下三棱柱铁磁MnBi

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4的磁电响应系数

不同尺寸下三棱柱铁磁 MnBi

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4磁电响应系数随交换强度的变化，随着尺寸的增大，磁电响应系数逐渐收敛到一个接近量子化的值，表现为接近量子化的拓扑磁电效应。

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"自今日起，为保障我院儿科急诊旁糕点房的正常就医秩序，儿科急诊旁糕点房将停止销售月饼。同时，院内自营销售门店盛意食府和线下经销商销售门店等多家商家将继续销售月饼。市民可通过线上购买或到指定地点选购。"

生活常识 09.14

江河冰源与澎湃冰川保护报告：为何我们要关注冰川?

全球气候变暖导致冰湖加速融化，多地出现冰川消融问题。这项最新研究表明，随着气候变暖加剧，冰川融化对环境的影响愈发明显。冰川消融现象日益严重，科学家们表示，我们需要加强对冰川保护的关注和重视，以防止气候变化对人类生存构成威胁。同时，持续的冰川保护报道也将为这一课题提供更多视角和知识。

生活常识 09.14

尘肺病患者的故事：一种与生命共存的奢侈体验

尘肺病，但在张海超“开胸验肺”事件后，政府和社会各方面的援助使越来越多的人得以治疗。随着尘肺病的关注度提高，更多的年轻工人都开始面临这样的困境。一家位于安徽无为市十里墩镇的石材切割工何生深感痛苦。然而他的生活并未因此而停止，他们的家人也为他们承担着沉重的压力。类似的病例还有许多。这是一次关于尘肺病和年轻人生活方式的深刻报道。

生活常识 09.14

尿酸过高？达标后是继续用药还是停止？专业的医学问答

血尿酸高的患者在体检时被发现在尿酸过高，这一现象与痛风有着密切的关系。血尿酸浓度和痛风的发生风险之间存在着明显的正向关系。降尿酸成为了治疗痛风的关键。然而，仅依靠控制血尿酸水平还不够，高尿酸血症是慢性肾病、高血压、心脑血管疾病及糖尿病等疾病的独立危险因素。因此，在有相应基础疾病的情况下，对血尿酸水平应更重视并采取早期干预措施。需要注意的是，血尿酸达标并不能标志着可以停止药物治疗，而应该根据具体的情况和原因来调整治疗方案。

生活常识 09.14