High-temperature quantum anomalous Hall regime in a MnBi2Te4/Bi2Te3 superlattice

物理 霍尔效应 朗道量子化 量子霍尔效应 电子
作者
Haiming Deng,Zhiyi Chen,Agnieszka Wołoś,Marcin Konczykowski,Kamil Sobczak,Joanna Sitnicka,Irina V. Fedorchenko,Jolanta Borysiuk,Tristan Heider,Łukasz Pluciński,Kyungwha Park,Alexandru B Georgescu,Jennifer Cano,Lia Krusin-Elbaum,Haiming Deng,Zhiyi Chen,Agnieszka Wołoś,Marcin Konczykowski,Kamil Sobczak,Joanna Sitnicka
出处
期刊:Nature Physics [Springer Nature]
卷期号:17 (1): 36-42 被引量:143
标识
DOI:10.1038/s41567-020-0998-2
摘要

The quantum anomalous Hall effect is a fundamental transport response of a topologically non-trivial system in zero magnetic field. Its physical origin relies on the intrinsically inverted electronic band structure and ferromagnetism, and its most consequential manifestation is the dissipation-free flow of chiral charge currents at the edges that can potentially transform future quantum electronics. Here we report a previously unknown Berry-curvature-driven anomalous Hall regime ('Q-window') at above-Kelvin temperatures in the magnetic topological bulk crystals where through growth Mn ions self-organize into a period-ordered MnBi$_2$Te$_4$/Bi$_2$Te$_3$ superlattice. Robust ferromagnetism of the MnBi$_2$Te$_4$ monolayers opens a large surface gap, and anomalous Hall conductance reaches an $e^2/h$ quantization plateau when the Fermi level is tuned into this gap within a Q-window in which the anomalous Hall conductance from the bulk is to a high precision zero. The quantization in this new regime is not obstructed by the bulk conduction channels and thus should be present in a broad family of topological magnets.
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