量子反常霍尔效应在拓扑电子学应用中具有独特的优势，但实现磁性和拓扑性质可调控的量子反常霍尔态、并将其应用于构筑功能器件是一个关键的科学问题。通过第一性原理计算，段文晖、徐勇研究组及其合作者预言了一个可满足上述要求的候选材料，即由单层MnBi₂Te₄和单层Bi组成磁性-拓扑范德华异质结（图a）。通过施加应变、磁场或扭转材料等方式，该体系的磁性和拓扑性质能发生重要变化，从而产生物性高度可调控的量子反常霍尔态（图b）。该研究为实现可调控的量子反常霍尔效应开辟了新的途径，并为拓扑电子学的发展提供了一个候选的材料平台。

(a) Bi/MnBi₂Te₄范德华异质结的晶体结构；（b）材料中可控磁性和拓扑相变的示意图。磁化方向（红色箭头）可以通过施加应变（紫色箭头）或磁场进行调控。通过改变磁化取向或扭转范德华异质结构可以实现陈数可调控的量子反常霍尔态。

       该研究成果以“Tunable Quantum Anomalous Hall Effects in Ferromagnetic van der Waals Heterostructures”为题，于2023年5月27日在线发表于National Science Review。清华大学物理系段文晖教授和徐勇教授为该论文的通讯作者，北京量子信息科学研究院和清华大学物理系的博士后薛凤为文章的第一作者。合作者还包括加州大学欧文分校的武汝前教授、清华大学的何珂教授、中山大学的侯玉升副教授、复旦大学的博士生王哲和清华大学博士生许祇铭。该工作得到了国家科技部（2018YFA0307100、2018YFA0305603）、国家自然科学基金委基础科学研究中心（52388201）、国家杰出青年科学基金（12025405）、国家自然科学基金（12104518、11874035）等项目单位的支持。在加州大学欧文分校的工作得到了美国能源部基础能源科学（DE-FG02-05ER46237）的支持。

       文章链接：https://doi.org/10.1093/nsr/nwad151