通过量子霍尔效应和非线性霍尔效应探测狄拉克材料BaMnBi2中自旋-谷耦合的证据

谷电子学是一个快速发展的领域，探索利用电子系统中的谷自由度来编码和处理信息。它依赖于具有自旋谷锁定的电子态，这种状态首次在单层过渡金属二硫化物（如MoS2）中被预测和观察到。然而，很少有块体材料被报道具有自旋谷锁定的电子态。在这项工作中，我们为层状化合物BaMnBi2中由Bi锯齿链产生的、一种预测的、独特的自旋谷锁定电子态提供了实验证据。我们在该材料中观察到了显著的量子输运性质，包括堆叠量子霍尔效应和非线性霍尔效应。通过对量子霍尔效应的分析，我们识别出四重自旋谷简并度，而非线性霍尔效应则为预期的谷对比贝里曲率提供了支持性证据，这是自旋谷锁定态的典型特征。这种自旋谷锁定态与其姊妹化合物BaMnSb2中观察到的状态不同，后者的简并度为二。这种差异源于它们正交晶体结构和自旋轨道耦合的显著变化。这些发现为探索块体材料中的耦合自旋谷物理建立了一个新平台，并突显了其在谷电子学器件应用中的潜力。