北大、苏大联合团队通过二维量子霍尔效应相变探测轴子绝缘体态

据北京大学新闻网报道，北京大学与苏州大学的联合研究团队，在三维轴子绝缘体中无序诱导的相变和临界行为方面的研究取得了突破。

在研究中，联合团队发现，二维量子霍尔效应具有相变普适类，在三维磁性拓扑绝缘体中，该相变可以用来探测轴子绝缘体态。2021年4月12日，该研究以“轴子绝缘体中的临界行为和普适特征”(Critical Behavior and Universal Signature of an Axion Insulator State)为题，发表于《物理评论快报》。

拓扑结构和对称破缺对于描述相位非常重要。打破三维拓扑绝缘体表面的时间反转对称性，可以产生轴子绝缘体态，其具有量子化拓扑磁电响应和半量子化表面霍尔响应等优势特性。

不过，虽然最近有3个小组报道了轴子绝缘体的实验发现，但其采用的方法很难在实验中区分出绝缘子。

在这次试验中，联合研究组利用只依赖于体系一般属性的安德森相变，发现了相关拓扑物态的独特的性质，并因此将探测轴子绝缘体聚焦于研究三维磁性拓扑绝缘体在无序下的金属-绝缘体相变行为。

在弱无序下，随着费米能级的不端提高，轴子绝缘体会先变成一个安德森绝缘体，然后通过三维的绝缘体-金属相变变为扩散金属。

研究组提出一种唯象理论——将无序的轴子绝缘体的表面与Chalker-Coddington网格模型建立联系，用来解释这种现象，并在反铁磁的MnBi2Te4中重复了以上结果。因此，预测可以在铁磁-三维拓扑绝缘体异质结以及MnBi2Te4中观测到这种普适的二维相变行为，进而来探测轴子绝缘体。

前瞻经济学人APP资讯组

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【1】https://news.pku.edu.cn/jxky/14fb498111e948718eb1a6ffba1e8e8d.htm