beat365官方网站理論物理研究所黃華卿課題組發現拓撲材料五碲化锆（ZrTe₅）薄膜中的自發空間反演對稱性破缺現象，并揭示該現象源自層間滑移和細微的層内畸變，進而預測了由對稱性破缺導緻的非線性反常霍爾效應和動态磁電響應，為調控層狀拓撲材料的非互易輸運性質開辟了新途徑。相關研究成果于2024年6月28日以“拓撲ZrTe₅薄膜中的自發空間反演對稱性破缺及貝裡曲率和軌道磁化的出現”（Spontaneous Inversion Symmetry Breaking and Emergence of Berry Curvature and Orbital Magnetization in Topological ZrTe₅Films）為題，在線發表于《物理評論快報》(Physical Review Letters)。

ZrTe₅是一種多功能層狀拓撲材料，因其展現出一系列新穎的量子現象而備受矚目，包括巨大的電阻異常、手征磁效應、三維量子霍爾效應和可控的拓撲相變等。這些引人入勝的現象反映了ZrTe₅不同相的特性，為其應用提供了豐富的可能性。特别是，最近實驗觀察到ZrTe₅中存在巨磁手征各向異性、非線性反常霍爾效應和圓偏振光伏效應等，引起了廣泛關注。這些非互易傳輸特性表明體系打破了空間反演對稱性，然而ZrTe₅中确切的非中心對稱結構仍然衆說紛纭，沒有定論。因此，闡明ZrTe₅空間反演對稱性破缺的具體機制對于理解其非互易特性的來源及其潛在應用具有重要意義。

近日，黃華卿課題組與清華大學段文晖教授課題組報道了拓撲材料ZrTe₅薄膜中的自發反演對稱性破缺現象，發現該現象源自層間滑移并通過細微的層内畸變得以穩定（如圖1）。研究團隊進一步預測了該體系中顯著的非線性反常霍爾效應和動态磁電響應，這些效應歸因于空間反演對稱性破缺情況下出現的Berry曲率和軌道磁化。此外，研究團隊基于滑移依賴的k·p模型闡明了滑移鐵電性、非線性反常霍爾電流和軌道磁化強度之間的直接耦合關系。通過研究ZrTe₅多層結構中的表面滑移，研究團隊推測在該材料的自然解理面上也會出現表面非線性霍爾效應和電流導緻的磁化現象。上述發現不僅解答了ZrTe₅薄膜空間反演對稱性破缺的具體機制，深化了人們對層狀拓撲材料奇異物理性質的理解，還為調控二維範德華材料中的非互易輸運性質提供了新思路。

圖1：（a）ZrTe₅體相的晶體結構；（b）ZrTe₅三層滑移相的晶體結構；（c）N層ZrTe₅-薄膜中次表面滑移的晶體結構示意；（d）ZrTe₅三層鐵電翻轉的能壘；（e）ZrTe₅三層的鐵電翻轉的面内極化随滑移步長的演化；（f）N層ZrTe₅體系滑移次表面的能量變化及對應的最優滑移步長。

beat365官方网站博雅博士後王二青和清華大學物理系博士生曾晖為該論文共同第一作者，黃華卿為通訊作者。上述研究成果得到國家重點研發計劃、國家自然科學基金、中國博士後科學基金、beat365高能物理研究中心、量子物質科學協同創新中心、beat365高性能計算平台等支持。

論文原文鍊接：

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.132.266802