ナノスケール材料：2Dトポロジカルアクシオン反強磁性体におけるレイヤーホール効果

強磁性体は数千年前から知られ、使用されてきたのに対し、反強磁性体は1930年代になってようやく発見された。反強磁性体は、大域的な磁化が存在しないため、巨視的スケールでは非磁性材料のように振る舞うように見えるかもしれない。しかし、微視的レベルでは、逆向きのスピン配列が豊かな内部構造を形成する。トポロジカル反強磁性体では、こうした内部構造によって、ベリー位相と呼ばれる特性が、独特な空間的テクスチャーを獲得する可能性がもたらされる。今回我々は、反強磁性アクシオン絶縁体である、偶数層二次元MnBi₂Te₄においてこの可能性を調べた。この絶縁体では、空間的自由度が、異なる層に対応している。我々は、最上層と最下層に由来する電子が自発的に反対方向に偏向するという、レイヤーホール効果（ホール効果の一種）を観測した。具体的には、ゼロ電場下では、偶数層MnBi₂Te₄は異常ホール効果を示さないが、電場を印加すると、約0.5e²/h（eは電子の電荷、hはプランク定数）という大きな層分極異常ホール効果が現れる。このレイヤーホール効果によって、アクシオン絶縁体状態を特徴付けるのに役立つ、異常な層固定ベリー曲率が明らかになった。さらに、この層固定ベリー曲率は、電場ベクトルと磁場ベクトルのドット積から形成されるアクシオン場によって操作できることが見いだされた。今回の結果からは、完全補償トポロジカル反強磁性体の内部空間構造を検出・操作するための新しい方法が得られる。今回の層固定ベリー曲率は、層特異的モアレポテンシャルなどの効果を介したベリー位相の空間エンジニアリングへの第一歩である。

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