轴子绝缘体是近二十年来广为关注的三维拓扑物态，其具有量子化的轴子角并可产生量子化的拓扑磁电响应。近年来，团队和合作者通过自旋分辨的精细拓扑分类，进一步提出了时间反演双重轴子绝缘体（time-reversal-doubled axion insulator, T-DAXI），三维自旋霍尔效应绝缘体（3D quantum spin Hall insulator），和自旋外耳半金属（spin-Weyl semimetal）[Nat. Commun.15, 550 (2024)]。 目前，研究人员通过第一性原理计算和扫描隧道显微镜研究，揭示了了准一维铋碘化合物α-Bi₄I₄单晶是一类三维量子自旋霍尔绝缘体,为实现近量子化的块体自旋霍尔电导提供了较为理想的材料选择 [Phys. Rev. X14, 041048 (2024)]。而时间反演双重轴子绝缘体可视为由时间反演对称性联系的两个轴子绝缘体的叠加，其提出进一步拓展了实现新型轴子电动力学的研究范围。然而，到目前为止，双重轴子绝缘体只在其最简单的形式下，即在中心反演对称拓扑晶体绝缘体中被预测和研究。这严重限制了候选材料平台的范围。

近日，中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心王志俊和翁红明研究员团队，建立了具有滑移镜面或螺旋轴的非简单拓扑晶体绝缘体的自旋分辨拓扑分类的理论框架:1) 将时间反演双重轴子绝缘体（T-DAXI）从传统的对称性保护体系推广至非简单拓扑晶体绝缘体，为在更广泛的晶体结构中寻找双重轴子绝缘体开辟了新的途径; 2）建立了基于滑移镜面和螺旋轴拓扑不变量（δ_h/δ_s=1）的 T-DAXI 判据，并揭示其独特的拓扑自旋磁电响应; 3）通过第一性原理计算预测了非简单 T-DAXI 的具体候选材料——混合卤化铋 Bi₄Br₃I 和 Bi₄BrI₃这类材料具有非简单晶体对称性，为探索滑移镜面和螺旋轴保护的拓扑相提供了具体平台，也为进一步研究量子化自旋磁电响应及其潜在实验探测奠定了材料基础。

上述成果以“Nonsymmorphic Time-Reversal-Doubled Axion Insulators”为题，于 2026 年 10 月 15 日发表在《Physical Review X》上。中国科学院物理研究所谢越为论文第一作者，翁红明研究员和王志俊研究员为共同通讯作者，物理所盛昊昊、吴泉生研究员、方忠院士以及香港科技大学戴希教授参与了该项工作。该研究得到国家自然科学基金、国家重点研发计划、怀柔材料基因研究平台以及新基石研究员项目的资助。

图. a. 滑移对称操作保护的T-DAXI和自旋分辨层构造。b. 螺旋对称操作保护的T-DAXI和自旋分辨层构造。c. 拓扑自旋磁电响应示意图。d. 非局域自旋极化的模型计算结果。e. Bi₄Br₃I的晶体结构。f. Bi₄Br₃I包含自旋轨道耦合的电子能带结构，其占据态具有非平庸的沙漏型拓扑不变量和螺旋轴拓扑不变量 。因此其在自旋y方向实现双重轴子绝缘体。

（来源：中国科学院物理研究所）

论文相关信息：https://journals.aps.org/prx/abstract/10.1103/jxlt-2slk