二维应变铋氧硫属化物Bi$_{2}$O$_{2}$Se中Rashba自旋谷态的出现

二维(2D)层状铋基氧硒化物Bi$_{2}$O$_{2}$Se中具有超高电子迁移率和强自旋轨道耦合的实验证据，使其成为自旋电子器件的潜在材料。然而，由于其晶体结构的中心对称性，其自旋相关性质尚未得到广泛研究。本研究通过第一性原理密度泛函理论计算，报道了Bi$_{2}$O$_{2}$Se单层(ML)中Rashba自旋谷态的出现。利用外电场打破Bi$_{2}$O$_{2}$Se ML的晶体反演对称性，可实现Rashba自旋谷的形成，导致在$\Gamma$谷附近出现Rashba型分裂，以及在位于$\Gamma-M$线中部的$D$谷处出现自旋谷耦合。除$\Gamma$谷周围典型的Rashba型自旋织构外，研究还观察到$D$谷周围面内单向自旋织构，这是二维材料中罕见的现象。如通过对称性分析导出的$\vec{k}\cdot\vec{p}$模型所阐明，观测到的Rashba自旋谷态由电场迫使晶体点群对称性从$D_{4h}$降至$C_{4v}$所驱动。更重要的是，利用双轴应变调控Rashba与自旋谷态，为防止自旋输运中电子背散射提供了一条调节自旋织构与自旋分裂的可行途径。最后，我们提出了一种更实际的体系，即Bi$_{2}$O$_{2}$Se ML/SrTiO$_{3}$(001)异质界面，其支持强Rashba自旋谷态，并凸显了Bi$_{2}$O$_{2}$Se ML在未来自旋电子与谷电子器件中的潜力。