廣島大學木村昭夫教授課題組與俄羅斯聖彼得堡大學和西班牙多諾斯蒂亞國際物理中心的國際聯合研究,在世界上首次發現了“反鐵磁拓撲絕緣體”。
拓撲絕緣體是在物質內部不導電但在表面表現出金屬行為的絕緣體。通過在這種拓撲絕緣體中添加磁鐵的功能,已經預測並發現了一種全新的現象。一種稱為“異常霍爾效應”,它在沒有外部磁場的情況下沿樣品邊緣產生無摩擦電流。另一種是“拓撲電磁效應”,這是一種由電場產生磁化,由磁場產生電極化的現象。儘管預測“反鐵磁拓撲絕緣體”會產生非常規效應,但這種物質並未被發現。
研究小組通過先進的理論計算預測,MnBi2Te4(錳、鉍、碲)可以成為一種反鐵磁拓撲絕緣體。接下來,當製備單晶樣品並對其特性進行研究時,發現它是一種層狀反鐵磁體(由於相鄰原子的磁矩反向排列而具有零磁化的物質)。樣品在廣島大學通過角分辨光電子能譜測試,直接觀察到表面具有較大能隙的狄拉克電子(質量為零的電子)的狀態。這成功地實現了世界上第一個反鐵磁拓撲絕緣體。
反鐵磁拓撲絕緣體的發現具有重要意義。加快未發現基本粒子“軸子”拓撲電磁效應的觀測研究。利用發現的反鐵磁拓撲絕緣體,預計Axion會發現各種新現象。