近日，0638太阳集团王锐教授和深圳量子科学与工程研究院陈廷勇研究员及其合作者在光调控非平衡拓扑物态工作中取得重要进展。相关研究成果以“Floquet Engineering of Nonequilibrium Valley-Polarized Quantum Anomalous Hall Effect with Tunable Chern Number”为题近日发表于国际著名学术刊物《Nano Letters》上。该论文以太阳成集团为第一单位和通讯单位，0638太阳集团2020级博士生詹方洋为第一作者。
图1：光辐照诱导出高陈数非平衡谷极化量子反常霍尔效应。
量子反常霍尔效应可以实现无能耗自旋极化的电子输运，有利于低功耗的自旋电子器件的设计。然而，量子反常霍尔效应的材料探索目前局限于长程磁有序和强自旋轨道耦合系统，这无论对理论研究还是实验观测都带来了巨大的挑战。近年来，操纵光与物质相互作用是诱导新奇拓扑量子物态的重要手段。但是，大多数光诱导的量子反常霍尔效应的研究都是基于理论概念模型，缺乏可调控的真实候选材料。因此，深入探索真实材料中可调控的量子反常霍尔效应在理论和技术上都具有重要意义。
基于上述问题，研究者们结合第一性原理计算和弗洛凯（Floquet）理论，在光辐照的二维半导体MSi2Z4(M = Mo, W, V; Z = N, P, As)族材料中揭示了具有与能谷相关的非平衡可调陈数（Chern number）量子反常霍尔效应。通过调控圆偏振光的频率、光强以及手性，能够激发弗洛凯子带杂化，从而诱导出独特的三角翘曲（trigonal warping）效应，并在不同能谷处发生多次能带反演(multiple band inversion)，从而导致量子反常霍尔效应对应的陈数高度可调，最高可达±4。该工作不仅在真实半导体材料中建立了具有可调陈数的弗洛凯工程，而且还为探索光照下的新奇拓扑物态提供了指导方案。
图2：二维半导体MSi2Z4族材料中光诱导的三角翘曲（trigonal warping）效应和不同能谷发生多次能带反演(multiple band inversion)。
文章链接：https://pubs.acs.org/10.1021/acs.nanolett.2c04651
该研究得到国家自然科学基金、深圳量子科学与工程研究院开放课题、重庆市研究生科研创新项目等的支持。
