电子在三维与二维下一般可以近似认为是相互作用很弱的气体。但在一维下由于量子限制，电子间产生很强的关联效应，必须用拉廷格提出的电子液体理论来描述。螺旋拉廷格液体（HLL）是一维电子液体态中的一种。但与纯一维体系的拉廷格液体的本质区别是HLL只能存在于二维拓扑体系的边界。量子自旋液体的边界就是一种HLL，但是由于其拓扑性依赖于时间反演对称保护，在磁场下无法存在。作为破坏时间反演对称性的反铁磁绝缘体，若体带具有拓扑电子结构，其边界也允许存在HLL，而实验上尚未观测到。

王熠华课题组与沈健-周晓冬课题组合作，利用扫描超导量子干涉仪对近期广受关注的范德华反铁磁绝缘体-偶数层MnBi2Te4进行磁成像。他们通过扫描外加电流在样品上的分布发现，在零场下当体带被调控到绝缘态时样品出现时间反演反对称的边界电流。这个边界态区别于高场下陈绝缘体的手性边界态，而两者的体态随磁场经历一个量子相变。他们发现反铁磁的边界态随温度和电流偏置符合HLL的幂次律，且在一定外场下具有鲁棒性。本工作发现了偶数层范德华反铁磁体MnBi2Te4的边界是一种独特的HLL。

该工作近日以“Helical Luttinger liquid on the edge of a 2-dimensional topological antiferromagnet”为题在线发表于Nano Letters。

该工作得到了科技部重点研发计划、国家自然科学基金委、上海市科委等基金项目的支持。清华大学物理系王亚愚课题组提供了高质量的样品。

论文链接：https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.2c02701

六层MnBi2Te4在外磁场下的相图。反铁磁(AFM), 量子临界(SF)及铁磁相(FM)下的霍尔电阻（右轴）展现了体带在零场与高场下不同的陈数与拓扑态。反铁磁相下表现HLL行为的标度律（左轴）在外磁场下具有鲁棒性，是偶数层MnBi2Te4时间反演破缺拓扑性的体现。