二维晶体中场可调拓扑相变与自旋霍尔效应

作为二维晶体目录的新近补充，硅烯及其他硅烯类晶体具有众多独特性质，正被研究并考虑用于新型器件应用。本文中，我们研究了硅烯在場效应晶体管几何结构中的电子与输运性质。我们发现硅烯类晶体的贝里曲率(Berry curvature)可由垂直电场连续调控。通过对 $Z_2$ 不变量的直接计算，我们确认当电场超过临界值时，会发生从拓扑绝缘体到能带绝缘体的电子相变。在非对称栅压的器件设置中，这种场可调贝里曲率产生垂直于电荷电流的大自旋电流。当电场强度超过临界值时，体自旋电流方向发生改变且幅度大幅减小。这一大强度、可切换自旋电流的发现表明，硅烯族二维晶体可能是场可调电荷-自旋转换的有力候选者。这种拓扑不同相之间的场可调相变也有望用于鲁棒量子比特。