磁性拓扑绝缘体有其独特的边缘特性

磁拓扑绝缘体（MTIs）被预测沿其表面导电，而在内部表现为绝缘体，这一特性对下一代计算平台颇具前景。在低温下，MTIs 可呈现量子反常霍尔效应（QAHE）。量子反常霍尔效应于2013年被发现，当电流在无外部磁场的情况下流经铁磁板时，它表现为量子化的横向电导率。如今，康奈尔大学的乔治·弗格森、卡佳·诺瓦克及其同事观察到，与预期相反，MTI 板中的边缘电流在其量子化电导率失效后依然存在。MTIs 引人关注的部分原因在于，其表面电流预计可无耗散流动，这对节能设备而言是一大优势。

2023年，该研究团队成员观察到，在维持量子反常霍尔效应的低偏置电流下，MTI 中的电子输运以体电流而非边缘电流为主导。这一结果令人惊讶，因为产生量子反常霍尔效应的电流通常被认为局限于样品边缘。在新实验中，团队使用扫描超导量子干涉仪显微镜，测量同一 MTI 样品在更大偏置电流下的电流分布，此偏置电流消除了量子反常霍尔效应。与先前实验不同，团队观察到电流集中在样品边缘附近，同时有较大电流均匀分布在器件宽度上。

该团队的模型表明，所观察到的边缘电流源于静电和化学势梯度导致的磁化变化。研究人员表示，这项工作将为未来旨在阐明MTIs中拓扑保护表面态与其他电子现象之间联系的研究提供指导。

瑞秋·伯科维茨

瑞秋·伯科维茨是加拿大温哥华《物理杂志》的通讯编辑。