二维BiSb单层与BiSb/AlN异质结构中巨大的可调Rashba自旋分裂
介观与纳米尺度物理
2017-05-03 v1
摘要
寻找新型二维巨大Rashba半导体是发展未来纳米自旋电子学技术的关键一步。利用第一性原理计算，我们研究了一种稳定的具有屈曲蜂窝晶格几何的BiSb二维晶相，其尚未被探索。声子、室温分子动力学和弹性常数计算验证了该单层在0~K和室温下的动力学与机械稳定性。计算得到的电子能带结构揭示了BiSb单层的直接带隙半导体性质，且在费米能级附近存在高迁移率的二维电子气(2DEG)。引入自旋轨道耦合(SOC)产生了费米能级附近2DEG的巨大Rashba自旋分裂。计算得到的Rashba能量和Rashba分裂常数分别为13 meV和2.3 eV\AA。该Rashba分裂强度是已知最大二维Rashba半导体之一。我们证明Rashba自旋分裂的强度可通过在BiSb单层上施加面内双轴应变而显著调控。巨大的Rashba自旋分裂与大电子带隙(1.6 eV)的存在使该体系在光电子学应用中具有特殊意义。此外，我们研究了界面晶格失配为1.3\%的BiSb/AlN异质结构的电子性质。我们的结果表明，BiSb单层和异质结构体系有可能被用于开发高效自旋场效应晶体管、光电子学和纳米自旋电子学器件。因此，这一对二维BiSb体系的综合研究可拓展未来自旋电子学技术中可能的应用范围。
引用
@article{arxiv.1701.06213,
title = {Giant tunable Rashba spin splitting in two-dimensional BiSb monolayer and BiSb/AlN heterostructures},
author = {Sobhit Singh and Aldo H. Romero},
journal= {arXiv preprint arXiv:1701.06213},
year = {2017}
}