功能化铋单层中的巨自旋-谷极化与多重霍尔效应
介观与纳米尺度物理
2018-08-27 v1 材料科学
摘要
以能带中局域极值（谷）为特征的谷电子材料与拓扑绝缘体近来分别引起了极大兴趣。然而，在单一系统中谷电子特性与拓扑特性之间的相互作用——可能催生重要的未探索现象与应用——迄今在很大程度上被忽视。在此，通过结合紧束缚模型与第一性原理计算，我们发现大带隙量子自旋霍尔效应（QSHE）与谷霍尔效应（VHE）同时出现在经卤族元素修饰的铋单层中，记为 Bi2XY（X, Y = H, F, Cl, Br 或 I）。通过过渡金属原子（Cr、Mo 或 W）掺杂或 LaFeO3 磁性衬底，在 Bi2XY 单层中引入交错交换场，其与铋原子的强自旋轨道耦合（SOC）共同在系统中产生时间反演对称性破缺的 QSHE 和巨大谷分裂（高达 513 meV）。借助栅极调控，可在单一系统中观察到 QSHE 以及反常电荷、自旋、谷霍尔效应。这些预测的与电子各种自由度相关的多重奇异霍尔效应，可使功能化铋单层在电子学、自旋电子学和谷电子学中得到应用。
引用
@article{arxiv.1807.10555,
title = {Giant Spin-valley Polarization and Multiple Hall Effect in Functionalized Bi Monolayers},
author = {Tong Zhou and Jiayong Zhang and Hua Jiang and Igor Zutic and Zhongqin Yang},
journal= {arXiv preprint arXiv:1807.10555},
year = {2018}
}
备注
accepted in npj Quantum Materials