Pressure-induced topological quantum phase transition in the magnetic topological insulator MnBi2Te4

拓扑绝缘体 凝聚态物理 反铁磁性 静水压力 铁磁性 应变工程 带隙 物理 相变 拓扑序 量子相变 拓扑(电路) 相(物质) 量子 量子力学 数学 组合数学 热力学
作者
Wen-Ti Guo,Lu Huang,Yanmin Yang,Zhigao Huang,Jian‐Min Zhang
出处
期刊:New Journal of Physics [IOP Publishing]
卷期号:23 (8): 083030-083030 被引量:15
标识
DOI:10.1088/1367-2630/ac1974
摘要

Abstract In this paper, topological quantum phase transition was reported in the magnetic topological insulator MnBi 2 Te 4 under pressure strain. Electronic and topological properties of the bulk anti-ferromagnetic MnBi 2 Te 4 were investigated by first-principles calculations. We found that the band structure of MnBi 2 Te 4 changes with the strain, resulting in a phase transition between metal and insulator. From the variation of charge-density distribution with strain, it was found that hydrostatic tensile strain is beneficial for increasing the interlayer spacing, thereby reducing the anti-ferromagnetic interaction between layers. On the contrary, the compressive strain promotes the strengthening of the bonding between the Te and Bi atomic layers. It was worth noting that the phase transition occurs at 2.12% strain when the band crossing is observed at Γ point, suggesting that the band gap has just closed. In addition, through the calculation of surface states, it is observed that, after the action of 2.12% strain, the bulk band gap of the system closes with the surface band gap reopens, achieving an intrinsic mechanism of strain modulation of the MnBi 2 Te 4 antiferromagnetic bulk structure to undergoes a topological quantum phase transition. Our results provide feasible guidance not only for pressure-strain engineering of MnBi 2 Te 4 experimentally but also for developing a meaningful strain-control mechanism for the electronic structures of other potential intrinsic magnetic insulators.
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