MnBi2Te4 can generate a variety of exotic topological quantum states, which are closely related to its special structure. We conduct comprehensive multiple-cycle high-pressure research on MnBi2Te4 by using a diamond anvil cell to study its phase transition behaviors under high pressure. As observed, when the pressure does not exceed 15 GPa, the material undergoes an irreversible metal–semiconductor–metal transition, whereas when the pressure exceeds 17 GPa, the layered structure is damaged and becomes irreversibly amorphous due to the lattice distortion caused by compression, but it is not completely amorphous, which presents some nano-sized grains after decompression. Our investigation vividly reveals the phase transition behaviors of MnBi2Te4 under high pressure cycling and paves the experimental way to find topological phases under high pressure.

1.
Y.
Gong
,
J.
Guo
,
J.
Li
,
K.
Zhu
,
M.
Liao
,
X.
Liu
,
Q.
Zhang
,
L.
Gu
,
L.
Tang
,
X.
Feng
et al,
Chinese Phys. Lett.
36
(
7
),
076801
(
2019
).
2.
M. M.
Otrokov
,
T. V.
Menshchikova
,
M. G.
Vergniory
,
I. P.
Rusinov
,
A.
Yu Vyazovskaya
,
Y. M.
Koroteev
,
G.
Bihlmayer
,
A.
Ernst
,
P. M.
Echenique
,
A.
Arnau
, and
E. V.
Chulkov
,
2D Mater.
4
(
2
),
025082
(
2017
).
3.
K.
He
,
npj Quantum Mater.
5
(
1
),
90
(
2020
).
4.
S. K.
Bac
,
K.
Koller
,
F.
Lux
,
J.
Wang
,
L.
Riney
,
K.
Borisiak
,
W.
Powers
,
M.
Zhukovskyi
,
T.
Orlova
,
M.
Dobrowolska
et al,
npj Quantum Mater.
7
(
1
),
46
(
2022
).
5.
N.
Cao
,
X.
Chen
,
X.
Mi
,
S.
Qiao
,
L.
Zhang
,
K.
Peng
,
M.
He
,
A.
Wang
,
Y.
Chai
, and
X.
Zhou
,
Appl. Phys. Lett.
120
(
16
),
163102
(
2022
).
6.
Y.
Deng
,
Y.
Yu
,
M. Z.
Shi
,
Z.
Guo
,
Z.
Xu
,
J.
Wang
,
X. H.
Chen
, and
Y.
Zhang
,
Science
367
(
6480
),
895
(
2020
).
7.
Y.
Han
,
S.
Sun
,
S.
Qi
,
X.
Xu
, and
Z.
Qiao
,
Phys. Rev. B
103
(
24
),
245403
(
2021
).
8.
C.
Liu
,
Y.
Wang
,
H.
Li
,
Y.
Wu
,
Y.
Li
,
J.
Li
,
K.
He
,
Y.
Xu
,
J.
Zhang
, and
Y.
Wang
,
Nat. Mater.
19
(
5
),
522
(
2020
).
9.
C.
Liu
,
Y.
Wang
,
M.
Yang
,
J.
Mao
,
H.
Li
,
Y.
Li
,
J.
Li
,
H.
Zhu
,
J.
Wang
,
L.
Li
et al,
Nat. Commun.
12
(
1
),
4647
(
2021
).
10.
S.
Zhang
,
R.
Wang
,
X.
Wang
,
B.
Wei
,
B.
Chen
,
H.
Wang
,
G.
Shi
,
F.
Wang
,
B.
Jia
,
Y.
Ouyang
et al,
Nano Lett.
20
(
1
),
709
(
2020
).
11.
Y.
Zhao
and
Q.
Liu
,
Appl. Phys. Lett.
119
,
060502
(
2021
).
12.
Y. F.
Zhao
,
L. J.
Zhou
,
F.
Wang
,
G.
Wang
,
T.
Song
,
D.
Ovchinnikov
,
H.
Yi
,
R.
Mei
,
K.
Wang
,
M. H. W.
Chan
et al,
Nano Lett.
21
(
18
),
7691
(
2021
).
13.
J. Q.
Yan
,
Q.
Zhang
,
T.
Heitmann
,
Z.
Huang
,
K. Y.
Chen
,
J. G.
Cheng
,
W.
Wu
,
D.
Vaknin
,
B. C.
Sales
, and
R. J.
McQueeney
,
Phys. Rev. Mater.
3
(
6
),
064202
(
2019
).
14.
K. Y.
Chen
,
B. S.
Wang
,
J. Q.
Yan
,
D. S.
Parker
,
J. S.
Zhou
,
Y.
Uwatoko
, and
J. G.
Cheng
,
Phys. Rev. Mater.
3
(
9
),
094201
(
2019
).
15.
C.
Pei
,
Y.
Xia
,
J.
Wu
,
Y.
Zhao
,
L.
Gao
,
T.
Ying
,
B.
Gao
,
N.
Li
,
W.
Yang
,
D.
Zhang
et al,
Chinese Phys. Lett.
37
(
6
),
066401
(
2020
).
16.
L.
Gao
,
J.
Wu
,
M.
Xi
,
C.
Pei
,
Q.
Wang
,
Y.
Zhao
,
S.
Tian
,
C.
Li
,
W.
Cao
,
Y.
Chen
et al,
Appl. Phys. Lett.
122
(
17
),
172404
(
2023
).
17.
J.
Shao
,
Y.
Liu
,
M.
Zeng
,
J.
Li
,
X.
Wu
,
X. M.
Ma
,
F.
Jin
,
R.
Lu
,
Y.
Sun
,
M.
Gu
et al,
Nano Lett.
21
(
13
),
5874
(
2021
).
18.
Z.-Y.
Zhang
,
G.-X.
Qin
,
X.-M.
Li
,
H.-L.
Dong
,
S.
Wan
,
Y.-H.
Ni
,
J.
Liu
,
Z.-Q.
Chen
, and
Z.
Su
,
Inorg. Chem.
61
(
38
),
15166
(
2022
).
19.
C.
Prescher
and
V. B.
Prakapenka
,
High Pressure Res.
35
(
3
),
223
(
2015
).
20.
B. H.
Toby
and
R. B.
Von Dreele
,
J. Appl. Crystallogr.
46
(
2
),
544
(
2013
).
21.
F.
Hou
,
Q.
Yao
,
C.-S.
Zhou
,
X.-M.
Ma
,
M.
Han
,
Y.-J.
Hao
,
X.
Wu
,
Y.
Zhang
,
H.
Sun
,
C.
Liu
et al,
ACS Nano
14
(
9
),
11262
(
2020
).
22.
J.
Li
,
Y.
Ren
,
Y.
Su
,
Z.
Xi
,
Y.
Yang
,
D.
Wu
,
Z.
Lu
, and
Y.
Deng
,
Appl. Phys. Lett.
119
(
20
),
203103
(
2021
).
23.
R.
Watanabe
,
R.
Yoshimi
,
M.
Kawamura
,
Y.
Kaneko
,
K. S.
Takahashi
,
A.
Tsukazaki
,
M.
Kawasaki
, and
Y.
Tokura
,
Appl. Phys. Lett.
120
(
3
),
031901
(
2022
).
24.
J.
Xu
,
L.
Zhang
,
H.
Wang
,
Y.
Gao
,
T.
Wei
,
R. A.
Susilo
,
C.
Zha
,
B.
Chen
,
H.
Dong
, and
Z.
Chen
,
Crystals
12
(
7
),
898
(
2022
).
25.
J.
Wu
,
F.
Liu
,
M.
Sasase
,
K.
Ienaga
,
Y.
Obata
,
R.
Yukawa
,
K.
Horiba
,
H.
Kumigashira
,
S.
Okuma
,
T.
Inoshita
, and
H.
Hosono
,
Sci. Adv.
5
(
11
),
eaax9989
(
2019
).
26.
H. K.
Mao
,
J.
Xu
, and
P. M.
Bell
,
J. Geophys. Res.
91
(
B5
),
4673
, (
1986
).
27.
D. S.
Lee
,
T.-H.
Kim
,
C.-H.
Park
,
C.-Y.
Chung
,
Y. S.
Lim
,
W.-S.
Seo
, and
H.-H.
Park
,
CrystEngComm
15
(
27
),
5532
(
2013
).
28.
N. A.
Abdullaev
,
I. R.
Amiraslanov
,
Z. S.
Aliev
,
Z. A.
Jahangirli
,
I. Y.
Sklyadneva
,
E. G.
Alizade
,
Y. N.
Aliyeva
,
M. M.
Otrokov
,
V. N.
Zverev
,
N. T.
Mamedov
, and
E. V.
Chulkov
,
JETP Lett.
115
(
12
),
749
(
2022
).
29.
I. R.
Amiraslanov
,
Z. S.
Aliev
,
P. A.
Askerova
,
E. H.
Alizade
,
Y. N.
Aliyeva
,
N. A.
Abdullayev
,
Z. A.
Jahangirli
,
M. M.
Otrokov
,
N. T.
Mamedov
, and
E. V.
Chulkov
,
Phys. Rev. B
106
(
18
),
184108
(
2022
).
30.
Y.
Cho
,
J. H.
Kang
,
L.
Liang
,
M.
Taylor
,
X.
Kong
,
S.
Ghosh
,
F.
Kargar
,
C.
Hu
,
A. A.
Balandin
,
A. A.
Puretzky
et al,
Phys. Rev. Res.
4
(
1
),
013108
(
2022
).
31.
G.
Li
,
X.
Wu
,
Y.
Gao
,
X.
Ma
,
F.
Hou
,
H.
Cheng
,
Q.
Huang
,
Y.-C.
Wu
,
M. C.
DeCapua
,
Y.
Zhang
et al,
Nano Lett.
22
(
10
),
3856
(
2022
).
You do not currently have access to this content.