(纯计算)南京航空航天大学/香港大学Adv. Funct. Mater.: 大带隙量子反常霍尔绝缘体的对称性策略

背景：量子反常霍尔绝缘体（QAHIs）因其自旋极化手性边缘态和量子化霍尔电导率，在无耗散电子器件和拓扑量子物理中具有重要应用前景，但实验报道的QAHIs均需在极低温下工作，限制了其实际应用。研究目的：南京航空航天大学张助华教授和香港大学Jiayu Li课题组合作，旨在通过对称性降低策略从非重元素中设计出具有大带隙和高温稳定性的量子反常霍尔绝缘体。结论：研究以四方晶格为例，发现将对称性从P4/nmm降至Pmmn可激活狄拉克点附近不同d轨道间的杂化，结合电子关联相互作用增大带隙。通过高通量第一性原理计算，预测了三种新候选材料（VAs、VP、TiAs），其居里温度高于室温，带隙超过110 meV；其中二维Pmmn结构的VAs居里温度达850 K，带隙为1018 meV，性能远超含重元素的TiTe（650 K、181 meV）。此外，高对称性TiTe单层的带隙可通过应变或衬底应用等对称性降低操作进一步增大。该策略为调控自旋-轨道耦合相关物态开辟了新途径。