摘要：近日，Phys. Rev. Lett.在线发表了美国圣母大学Badih A. Assaf和Yi-Ting Hsu课题组的研究论文，题目为「Probing Berry Curvature in Magnetic Topological Insulators th

近日，Phys. Rev. Lett.在线发表了美国圣母大学Badih A. Assaf和Yi-Ting Hsu课题组的研究论文，题目为「Probing Berry Curvature in Magnetic Topological Insulators through Resonant Infrared Magnetic Circular Dichroism」。

共振光吸收磁圆二色性（MCD）是指磁性材料优先吸收特定圆偏振方向光的光学响应。共振MCD已被用于探测磁性半导体的塞曼分裂和自旋极化。最近，它被用于识别超冷原子晶格中的拓扑非平庸相。将光学和光电子测量与新兴磁性和拓扑材料中布洛赫态的量子力学几何联系起来的理论努力，为MCD所携带的信息带来了新的曙光。

在此研究中，作者报道了在薄膜MnBi₂Te₄的红外范围内观察到的共振MCD，其光谱强度与反常霍尔效应相关。这两种现象都出现在从反铁磁体到倾斜铁磁体的场驱动相变中。通过理论上将金属态的MCD与通过Berry曲率产生的反常霍尔效应联系起来，发现这种转变伴随着Berry曲率的突然发生，表明拓扑绝缘体向掺杂Chern绝缘体的拓扑相变。密度泛函理论（DFT）计算表明，MCD信号主要来源于布里渊区边缘的光学跃迁，这暗示了在通常认为的Γ点之外可能存在Berry曲率的新来源。这项研究发现证明了一种通过带间MCD光谱检测Berry曲率的新实验方法，通常适用于磁性材料。

图1 | (a) MnBi₂Te₄的晶体结构；(b-c) 磁圆二色性(MCD)表现为依赖于圆偏振方向的光吸收，以及在材料的相反磁性态下对圆偏振光的非倒易吸收；(d) MnBi₂Te₄的磁相图；(e-f) 在T=4.2 K时，ND和JKU样品在不同磁场下的相对透射光谱。

图2 | (a-b) 在不同磁场强度下，两种MnBi₂Te₄样品的磁圆二色性(MCD)随能量的变化；(c) 集成MCD与磁场；(d) 测量两个样品的反常霍尔电阻(AHR)。

图3 | (a-b) 样品ND在不同磁场下的非极化相对透射光谱；(c) 样品ND在限定σ+极化为30 T时获得的相对透射光谱；(d) Tex的能量随磁场的变化；(e) 使用Mills模型计算沿c轴施加磁场的MnBi₂Te₄相对于饱和度的磁化和相对于基面的倾斜角。

图4 | 密度泛函理论(DFT)计算与实验数据的比较。

论文链接：

Bac, S., Mardele, F.L., Wang, J. et al. Probing Berry Curvature in Magnetic Topological Insulators through Resonant Infrared Magnetic Circular Dichroism. Phys. Rev. Lett., 2025, 134, 016601.

--科研任我行

来源：Future远见