铁谷材料与反常谷霍尔效应的概念

基于谷自由度的谷电子学(valleytronics)在理论和技术上均具有重要意义，因为它为信息存储以及电子、磁性和光学开关提供了额外机遇。类比于电子学中具有自发电荷极化的铁电材料，以及自旋电子学中具有自发自旋极化的铁磁材料，在此我们引入铁性(ferroic)家族的一个新成员，即具有自发谷极化的铁谷材料(ferrovalley material)。结合两带kp模型与第一性原理计算，我们表明2H-VSe2单层——其中自旋轨道耦合与过渡金属d电子的固有交换相互作用共存——正是这样一种室温铁谷材料。我们进一步预测此类系统可展现出许多独特性质，例如手性依赖的光学带隙，以及更有趣的反常谷霍尔效应。基于后者，我们构想了一系列基于铁谷材料的多功能器件，如基于谷的非易失性随机存取存储器、谷滤波器等，用于谷电子学应用。