衬底效应对单层V2O3磁性拓扑绝缘体电子能带结构与拓扑性质的调控机制及量子反常霍尔态实现策略研究

来自某研究团队的研究人员通过第一性原理计算，系统研究了不同衬底对单层V2O3磁性拓扑绝缘体电子结构与拓扑性质的影响。研究发现，h-BN等非磁性衬底可保持量子反常霍尔（QAH）相（C=1）和手性边缘态，而铁磁衬底会通过磁交换作用和界面电荷转移破坏该拓扑态。该研究为基于V2O3的范德瓦尔斯异质结实现低功耗拓扑电子器件提供了关键理论依据。

　　

单层V₂O₃作为一种本征铁磁有序的二维磁性拓扑绝缘体（MTI），具有非平庸带隙特性，为实现量子反常霍尔效应（QAH）提供了理想平台。研究团队采用第一性原理密度泛函理论（DFT）计算，系统分析了范德瓦尔斯（vdW）衬底对其电子能带结构与拓扑性质的调控机制。结果表明，使用六方氮化硼（h-BN）等非磁性衬底时，体系仍保持Chern数C=1的QAH相，且存在受拓扑保护的无能隙手性边缘态。相反，铁磁性衬底会引入额外磁交换场与界面电荷转移，显著扰动V₂O₃的电子结构并引起费米能级位移，从而导致QAH态消失。这些发现确立了衬底工程在V₂O₃基vdW异质结中实现无耗散边缘态传输的关键作用，推动了其在低功耗拓扑电子学（Topotronics）中的潜在应用。