第一作者：Fengfeng Zhu, Lichuan Zhang, Xiao Wang
通讯作者：Fengfeng Zhu, Yuriy Mokrousov, Yixi Su
通讯单位：德国于利希研究中心, 德国彼得格林伯格研究所
许多理论工作都提出了拓扑绝缘体的玻色类似物，但它们的实验实现仍然非常罕见，特别是对于自旋系统。最近，二维（2D）蜂窝状范德华铁磁体已成为拓扑自旋激发的新平台。最近，德国于利希研究中心Fengfeng Zhu和Yixi Su, 德国彼得格林伯格研究所Yuriy Mokrousov等人在国际知名期刊 “Sci. Adv. "发表题为“ Topological magnon insulators in two-dimensional van der Waals ferromagnets CrSiTe3 and CrGeTe3: Toward intrinsic gap-tunability ”的研究论文。在这里，通过全面的非弹性中子散射研究和自旋波激发的理论分析，他们报告了在CrXTe3（X=Si，Ge）化合物中实现拓扑磁子绝缘体。证实了在磁子带交叉狄拉克点的间隙开口的非微观性质和内在可调性，同时在理论上证明了相应的间隙内拓扑边缘态的出现。在这一类卓越的二维材料中实现具有内在间隙不可调性的拓扑磁子绝缘体，无疑将在磁学和拓扑自旋电子学领域带来新的和迷人的技术应用。
图1： (A) 狄拉克磁子、拓扑磁子和微观磁子的带状色散示意图。(B) CrSiTe3的磁结构。在ab平面上，铬原子形成一个蜂窝状的晶格，由深蓝色的球体和绿色的实线表示。磁矩由红色箭头表示。平面内和平面间的第一和第二NN交换相互作用分别用紫色、绿色、黑色和黄色虚线表示。(C) 垂直于ab平面的视图显示了CrSiTe3的蜂窝状网络。蜂窝状网络是由Te原子和位于中心的Si-Si二聚体组成的分边八面体所笼罩。浅蓝色的箭头代表了第二个NN Cr原子之间的DM相互作用的键向，所有的DM向量沿c轴有一个共同的符号。
图2： CrSiTe3 中的自旋波激发。(A到C)分别在热中子三轴谱仪PUMA和IN8以及冷中子三轴谱仪IN12测量的CrSiTe3中磁子沿高对称方向的能量和动量分辨中子散射强度图。黑色实线是根据本文提出的Heisenberg-DM模型的参数计算出的磁子弥散曲线。(B)中的插图是虚线矩形部分的对比度调整图，以使声学分支容易看到。(C)中的插图显示了倒数空间中的确切扫描路径。(D到F)分别为(A)到(C)的计算出的磁子光谱强度图。计算出的光谱以1meV的能量分辨率进行卷积，与实验数据进行比较。(G) (B)中靠近K点的磁子光谱的放大图。(H) K点处磁子状态密度的能量扫描。实线是两峰高斯拟合的结果，拟合的峰位和误差条由灰色阴影的垂直虚线表示。r.l.u，倒数晶格单位。
图3： CrGeTe3中的自旋波激发。(A和B) 分别在IN8和IN12测量的CrGeTe3中沿高对称性方向的磁子的能量和动量分辨的中子散射强度图。黑色实线是计算出的磁子弥散曲线。(B)中的插图显示了带有高对称性点的投影BZ和实验中的扫描路径。(C和D)使用第2-NN DM相互作用模型对(A)和(B)进行相应的计算磁子光谱强度图。计算出的光谱以1meV的能量分辨率进行卷积，与实验数据进行比较。(E到G)在(A)中绿色箭头标记的1,2,3的位置靠近K点Q=(5/3,2/3,0)的恒定Q能量扫描的线型。实线是多峰高斯拟合的结果。峰值位置和误差分别由虚线和灰色阴影表示；相应的能量分辨率由带帽的黑色横条表示。(H到J）切口1、2和3的实际Q值位置由倒数空间中带中心点的黑色圆圈标记。红色实线是BZ的边界。
图4： DM相互作用对磁子弥散的影响。(A)中比较了不同DM相互作用强度的CrSiTe3的磁子弥散度。(B) 打开的全局带隙和DM相互作用的强度之间的关系；红色和蓝色的填充圆圈对应于从磁子带中提取的值。(C和D）单层CrSiTe3的边缘状态，分别为人字形和扶手形纳米带。色标代表沿板块的磁子波函数的重量。(E）CrSiTe3和CrGeTe3在铁磁有序相中的拓扑热霍尔传导率的温度依赖性。
原文链接：
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abi7532
论文主要通讯作者主页：
https://www.fz-juelich.de/SharedDocs/Personen/JCNS/EN/Su_Y.html?nn=820902