单层VSi$_{2}$P$_{4}$中关联驱动拓扑与谷态

电子关联对材料性质可能有显著影响。它们通常对局域轨道较为明显，并在低维系统中增强，因此二维(2D)过渡金属化合物可作为研究其效应的良好平台。近来，一类新型二维过渡金属化合物——MoSi$_2$N$_4$族材料被发现，其中部分具有本征磁性。本文以该族中的单层VSi$_{2}$P$_{4}$为例，基于第一性原理计算研究关联效应对其物理性质的影响。我们发现不同的关联强度可将系统驱动至多种有趣的基态，具有丰富的磁性、拓扑与谷特征。随着关联强度增加，尽管系统在大多数情况下倾向于铁磁半导体态，其磁各向异性和带隙类型经历多次转变，在此过程中，电子或空穴的能带边可形成单谷、双谷或三谷。值得注意的是，存在一个单位陈数的量子反常霍尔(QAH)绝缘体相。QAH相的边界对应于具有完全谷极化体载流子的半谷半金属态。我们进一步表明，对于具有面外磁各向异性的相，谷的自旋轨道耦合与轨道特性的相互作用使得电子具有本征谷极化而空穴没有。该电子谷极化可通过反转磁化方向来切换，为谷电子学的磁控提供了新途径。我们的结果揭示了关联效应在二维过渡金属化合物中的可能作用，并将为基于这些材料的自旋电子学、谷电子学和拓扑纳米电子学应用开辟新视角。