近日，我校物理科学与技术学院李小平研究员团队在物理学顶级期刊Physical Review Letters上发表题为“Sliding Ferroelectrics Induced Hybrid-Order Topological Phase Transitions”的研究论文。该团队聚焦于“层”自由度，首次提出滑动铁电在二维双层体系中诱导层分辨拓扑相的全新机制，为实现拓扑态在不同维度上的操控提供了全新思路。李小平研究员为该论文的通讯作者，福建师范大学的张健敏教授为文章的共同通讯作者。
研究团队将单层铁磁拓扑态堆叠构建出层-自旋锁定的双层反铁磁结构，而自旋群对称性{C2|Mz} 的存在，使得不同层（自旋）的电子态呈现出完全等价的状态[见图1(a)]。若要实现自旋依赖的拓扑态，打破层的等价性便成为了首要条件。滑动铁电性作为一种新颖的调控二维体系的手段，无疑是调控层自由度的理想平台。当在上述层-自旋锁定的双层反铁磁结构中引入滑移铁电时，由于对称性的破缺，不同自旋的电子态会出现差异，进而导致能带发生自旋劈裂。更为关键的是，铁电极化势的存在会促使不同层（自旋）之间发生非同步的拓扑演化[见图1(b)]，这为产生层分辨的拓扑态提供了理论基础。
文章以二维二阶磁性拓扑绝缘体（SOTI）为研究对象，运用上述理论方案，发现该体系在经历铁电滑移后，会呈现出一种此前未被报道的自旋依赖的拓扑绝缘相。文章将其命名为自旋混合阶拓扑绝缘体（SHTI）。在这一独特的拓扑相中，自旋向上（顶层）和自旋向下（底层）的通道分别展现出一阶和二阶拓扑特性[见图2]。不仅如此，通过调节系统参数，量子自旋霍尔绝缘体、量子反常霍尔绝缘体以及平庸绝缘体等其他传统的拓扑相也能够出现。文章进一步提出，这些拓扑相的反常能斯特效应存在显著差异[见图3]，可作为实验探测的信号，为实验验证提供了切实可行的方案。
该工作革新了人们对拓扑相的传统认知，提出一种在层自由度上设计拓扑态的理论构想，并借助滑动铁电性这一内在机制，实现了高度可调的拓扑相，为未来电子器件设计以及量子计算等领域带来了全新的思路与可能性。
图1.滑移铁电实现层(自旋)分辨拓扑相变的理论方案
图2：四种层（自旋）分辨的拓扑态的实空间分布及其对应k空间的电子态
图3：基于反常能斯特效应实现层分辨拓扑相的实验探测方案
论文链接：https://journals.aps.org/prl/pdf/10.1103/l1n5-1jsm
