氧化物中由隐式Rashba效应引起的偶数量子霍尔效应

在高磁场下，由于能带简并被解除，量子霍尔系统通常同时具有偶数和奇数整数量子化态。对这些量子化态的选择性控制极具挑战性，但对于理解奇特的基态和操控自旋织构至关重要。在此，我们研究了Bi2O2Se薄膜中的量子霍尔效应。在高达50 T的磁场下，我们仅观测到偶数整数量子霍尔态，而没有奇数态的迹象。然而，当将外延Bi2O2Se薄膜的厚度减小至一个单胞时，我们在生长于SrTiO3上的这种Janus（非对称）薄膜中同时观测到了奇数和偶数整数态。通过基于Bi2O2Se薄膜从头算能带结构的Rashba双层模型，我们可以将较厚薄膜中奇数整数态的缺失归因于隐式Rashba效应，即[Bi2O2]2+层两个部分中的局部反演对称性破缺产生了相反的Rashba自旋极化，它们相互抵消。在生长于SrTiO3上的单胞Bi2O2Se薄膜中，顶面和底界面引入的不对称性产生了净极化电场。由此产生的全局Rashba效应解除了较厚薄膜对称情形下存在的能带简并。