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　　自十年前發現時間反演不變（Z2）拓撲絕緣體以來，由於科學內涵和潛在的應用前景，人們對拓撲凝聚態體系的探索興趣大大增加。儘管如此，找到具有多相組成的強大材料，特別是那些具有時間反演對稱性（TRS）破缺相的材料，仍然具有極高的挑戰性。比如，Chern絕緣體是具有量子反常霍爾效應的二維絕緣體，最初由Haldane於1988年證明，但直到最近纔在實驗室中合成出來。目前基於磁摻雜拓撲絕緣體的量子反常霍爾材料僅存在於極低溫度（~1 K）下，但這一限制卻不是無法打破的，人們仍懷着極大的興趣在尋找有更大帶隙和更高磁序溫度的Chern絕緣體。

　　來自美國國家標準與技術研究所材料測量實驗室的Sugata Chowdhury教授等，使用密度泛函理論和基於Wannier的緊束縛模型研究了Bi2MSe4(BMS,M=Pb,Mn)的電子性質，並預測了一系列拓撲非平凡相。他們之前通過分子束外延生長法獲得了具有化學計量組成的Bi2MSe4磁系統薄膜，並發現在外延生長期間引入元素Mn後會形成純Bi2Se3的層間Bi2MSe4層。在本研究中，他們重點探討了這種晶體結構的拓撲性質。發現由於Z點處的自旋軌道誘導的能帶反轉，Bi2MSe4成爲時間反演不變拓撲絕緣體。

　　將其能帶反轉與磁性相結合的研究發現，依據磁性有序的對稱性和樣品的厚度，該類材料可以通過時間反演對稱性破缺轉化到許多不同的拓撲相：節線系統、磁性Weyl半金屬、反鐵磁拓撲絕緣體或Chern絕緣體，以及半整數量子反常霍爾效應體。其能帶反轉是連接所有這些非平凡拓撲相的基本驅動力。然而，磁序和維數控制着費米能級附近能帶的對稱性，從而可改變能帶反轉後半金屬相或絕緣相的形成，以及與能帶反轉相關的拓撲不變量、拓撲表面和拓撲邊緣特徵的變化。該研究有望通過使用諸如外部磁場或溫度等外場微擾來控制樣品厚度和自旋有序性，從而實現實驗觀測到這些密切相關的各種相。Bi2MSe4因其強磁相互作用和顯著的帶隙，有望成爲研究高溫下化學計量化合物和時間反演對稱性破缺拓撲相的重要材料。