异常量子霍尔（QAH）态时一种二维拓扑绝缘态，其含有定量的霍尔电阻（h/(Ce²)）（C: Chern数；e: 电子的电荷；h: 普朗克常量），在0磁场中纵向电阻消失。这种QAH现象在磁性拓扑绝缘体、魔角扭曲双层石墨烯中存在，但是这种QAH效应目前只在C=1的条件中发现。有鉴于此，宾夕法尼亚州立大学Chao-Xing Liu、Cui-Zu Chang等报道了通过分子束外延方法制备磁和非掺杂交替拓扑绝缘体层的多层结构中实现了可调控QAH（Chern数最大达到C=5）。在多层结构中，QAH的Chern数通过非掺杂拓扑绝缘层的数量决定。此外，作者展示了在确定层数的多层结构中，通过对磁拓扑绝缘层中的磁掺杂浓度、磁拓扑绝缘层内部厚度进行控制，Chern数能够调控。作者发展了计算模型对实验结果进行解释，建立了具有较高、可调控的Chern数的QAH相图。通过这项工作，能够在高耗能电子器件中实现非耗散手性电流应用，为发展多通道量子计算、高容量手性电路提供机会。

本文要点：

（1）

具体实现了调控Chern数目为1~5，样品中的Chern数目分别通过在磁拓扑绝缘层中进行磁掺杂、调控磁拓扑绝缘层厚度两种方法。这种可调控的Chern数目的QAH绝缘体的实现，扩展了目前已有的量子材料拓扑相，为QAH中应用非耗散手性边缘电流提供平台。

（2）

在该QAH系统中，接触电阻显著降低，从而信息能够通过多个手性边缘通道中实现信息的多路复用，为非耗散手性边缘态的储存、量子信息传输提供可行性。这种磁-非掺杂拓扑绝缘相多层结构材料为探索、研究时间反演对称性破Weyl半金属相中的拓扑现象提供平台和经验。

参考文献

Yi-Fan Zhao, Ruoxi Zhang, Ruobing Mei, Ling-Jie Zhou, Hemian Yi, Ya-Qi Zhang, Jiabin Yu, Run Xiao, Ke Wang, Nitin Samarth, Moses H. W. Chan, Chao-Xing Liu* & Cui-Zu Chang*, Tuning the Chern number in quantum anomalous Hall insulators, Nature 2020

DOI: 10.1038/s41586-020-3020-3

https://www.nature.com/articles/s41586-020-3020-3