在单层石墨烯中实现量子自旋-谷霍尔效应的方案

量子自旋霍尔效应最早在石墨烯中被预言。然而，石墨烯中微弱的自旋轨道相互作用意味着在石墨烯中寻找量子自旋霍尔效应从未取得成果。在本工作中，我们展示了如何通过量子泵浦，在应变单层石墨烯中绝热调制磁性杂质和静电势，从而产生量子自旋-谷霍尔效应。我们发现，不仅可以在两个谷中以完全相反的方向泵浦纯粹的自旋极化电流，而且可以有两个谷中流向相反方向的纯自旋电流，我们将这一新奇现象称为量子自旋-谷霍尔效应。这意味着在所提出的器件中，量子谷霍尔和量子自旋霍尔的双重效应均可同时被探测。这项工作将显著推进石墨烯自旋电子学领域的发展，该领域迄今受限于自旋轨道相互作用的缺乏。我们免除了对任何自旋轨道相互作用的需求，并展示了如何操控石墨烯以具备拓扑绝缘体特有的性质。