二维金属有机框架中的锥电子学：双重 Dirac 锥、磁性半 Dirac 锥与量子反常霍尔效应
材料科学
2016-12-22 v1
摘要
基于近期合成的 Ni3C12S12 类二维金属有机框架，我们预测了 M3C12S12 和 M3C12O12 的电子性质，其中 M 为 Zn、Cd、Hg、Be 或 Mg，且 M 轨道对费米能级附近的能带没有贡献。对于 M3C12S12，其能带结构展现出具有不同费米速度的双重 Dirac 锥，分别为 n 型和 p 型，可通过百分之几的应变进行切换。两个锥的交叉受对称性保护而不发生杂化，从而在二维节线半金属的同一 k 点形成两个独立通道，类似于自旋电子学中的自旋通道，使得锥电子学器件成为可能。恰好在交叉处的节线环，在费米能级上既是电子袋也是空穴袋，由于完美的 n-p 补偿，可以产生在磁场无限大时也不会饱和的磁阻。对于 M3C12O12，连同共轭金属-儿茶酚酸盐聚合物 M3(HHTP)2，自旋极化的慢 Dirac 锥中心被精确钉扎在费米能级上，使得该系统仅在一个自旋或锥通道中导电。在具有不可忽略自旋轨道耦合的 MOF（如 Cu3C12O12）中可以产生量子反常霍尔效应。具有不同 M 的 M3C12S12 和 M3C12O12 化合物，可用于构建自旋电子学和锥选择异质结器件，并通过应变或静电门控进行调控。
引用
@article{arxiv.1606.04094,
title = {Conetronics in 2D Metal-Organic Frameworks: Double Dirac Cones, Magnetic Half Dirac Cones and Quantum Anomalous Hall Effect},
author = {Menghao Wu and Zhijun Wang and Junwei Liu and Huahua Fu and Lei Sun and Xin Liu and Minghu Pan and Hongming Weng and Mircea Dinca and Liang Fu and Ju Li},
journal= {arXiv preprint arXiv:1606.04094},
year = {2016}
}