近期，中山大学物理学院、本实验室的姚道新教授团队对蜂巢交错磁体上的高阶拓扑磁子态开展了系统而深入的理论研究。研究团队聚焦于一种具有反铁磁层间耦合的蜂巢交错磁体模型，通过理论推导与数值模拟相结合的方法，在玻色 Bogoliubov–de Gennes（BdG）理论框架下深入分析了磁子的拓扑能带结构。研究发现，该体系可存在二维角态与三维铰链态的高阶拓扑磁子绝缘体态（Higher-Order Topological Magnon Insulator, HOTMI），为实现低能耗、自旋方向可控的拓扑磁子器件提供了新的理论基础。
在本研究中，研究团队通过追踪Wannier中心的绝热演化，可以识别出二阶拓扑磁子绝缘体（Second-Order Topological Magnon Insulator, SOTMI）的体极化特征，其中多种磁子能谱展示了超越常规拓扑的对称性保护能带结构。值得一提的是，在蜂巢晶格交错磁体上，磁子拓扑现象并不局限于高阶拓扑范畴。姚道新教授团队在之前的研究中提出了具有一阶拓扑磁子态的共线交错磁蜂巢晶格模型，该模型通过打破次近邻交换耦合的对称性而无需引入Dzyaloshinskii–Moriya 相互作用（DMI），即可在磁子能带中实现Weyl磁子与Z2节线磁子(arXiv:2407.18379)。在此基础上，本文进一步引入最近邻（NN）调节参数δ1和次近邻（NNN）调节参数δ2打破了反演对称性，区分了具有相反手性的磁子模，从而在体谱中形成了有能隙的声学和光学分支，这与传统石墨烯中的无能隙狄拉克点特性截然不同。该工作不仅深化了人们对交错磁体上高阶拓扑的理解，也为基于磁子的量子计算与信息处理提供了新的理论框架与实验指引。
值得注意的是，围绕蜂巢晶格交错磁序的拓扑效应并不局限于磁子体系。在电子体系中，相关研究（arXiv:2412.03657）提出了一种无需自旋轨道耦合（SOC）的石墨烯衍生交错磁体模型。这些结果从电子与磁子两个层面共同表明，蜂巢交错磁体为研究体-边对应关系、拓扑输运与多阶拓扑态提供了一个高度统一的物理平台。
图注：图（a）和图（b）为蜂巢交替磁体在反铁磁层间耦合晶胞中的二维和三维示意图，其中A、B、C、D是磁性奈尔序中的四个不同子晶格。图（c）和图（d）展示了J'2/J2=0.8 时角态磁子|Ψn|2，其中δ1和δ2均为-0.4。图（e）在尺寸为Nx×Ny=20×20的有限尺寸晶格上进行数值模拟，揭示了沿边缘单向传播的局域化铰链态。图（f）三维铰链态示意图，铰链态以红色箭头标示。
该研究成果以“Higher-Order Topological States in Chiral Split Magnons of Honeycomb Altermagnets”为题发表在Chinese Physics Letters（DOI 10.1088/0256-307X/42/12/120703）。中山大学物理学院、本实验室研究生郭璇、张梦菡为论文的共同第一作者，中山大学姚道新教授为论文的通讯作者。上述工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、广东省磁电物性分析与器件重点实验室、广东省磁电物性基础学科研究中心（物理学）、粤港澳大湾区（广东）量子科学中心等的资助。
