二维铁磁TiCTe3 单层膜：量子反常霍尔效应的理想平台及其应变调控机制

研究人员针对二维铁磁材料中本征量子反常霍尔效应（QAH）的实现难题，通过第一性原理计算预测了TiCTe3 单层膜作为新型QAH绝缘体的潜力。该材料具有139.00 μeV的垂直磁各向异性（MAE）和115.79 K的居里温度（TC ），在自旋轨道耦合（SOC）作用下产生37.40 meV非平庸带隙，实现C=-1的量子霍尔态。该发现为低功耗自旋电子器件开发提供了全新材料平台。

　　

在凝聚态物理领域，二维磁性材料与拓扑量子态的融合正引发研究热潮。量子反常霍尔效应（QAH）作为典型的磁性拓扑相，因其无耗散手性边缘态和量子化电导特性，被视为下一代低功耗电子器件的核心候选。然而现有体系面临三大瓶颈：磁掺杂拓扑绝缘体（如Cr掺杂(Bi,Sb)₂
Te₃
）存在制备困难与磁无序问题；本征材料MnBi₂
Te₄
的量子化温度低于2K；同时满足铁磁序和拓扑非平庸能带结构的材料极度稀缺。

山东科研团队通过系统性第一性原理计算，发现TiCTe₃
单层膜可突破上述限制。该材料具有P3?1m空间群结构，每个Ti原子与6个Te原子配位形成八面体单元。研究采用VASP软件包进行密度泛函理论（DFT）计算，使用PAW赝势和PBE泛函，设置500 eV截断能，通过声子谱和AIMD模拟验证其热力学稳定性。

结果与讨论部分揭示：1）磁性方面，材料呈现垂直磁各向异性（MAE=139.00 μeV/Ti），居里温度达115.79 K；2）电子结构上，无SOC时表现为Dirac半金属态，在K点存在完全自旋极化的狄拉克锥；3）引入SOC后，狄拉克点处打开37.40 meV非平庸带隙，形成Chern数为-1的QAH态，边缘态计算证实体带隙内存在手性边缘传导通道；4）应变调控显示，±4%双轴应变可分别将MAE调至89.84/178.16 μeV，带隙调至28.52/45.31 meV。

结论指出，TiCTe₃
单层膜是首个基于过渡金属碳碲化物的本征QAH绝缘体，其高于液氮温度的T_C
和可调控的拓扑特性为室温量子输运研究提供了新范式。该工作发表于《Journal of Magnetism and Magnetic Materials》，通讯作者为Shengshi Li（李胜世），研究获得山东省自然科学基金（ZR2023MA091、ZR2024MA040）和高校青年创新团队计划（2024KJG047）支持。这一发现不仅丰富了二维拓扑磁体材料库，更为实现实用化自旋电子器件开辟了新路径。