单层过渡金属二硫化物中的内禀轨道与自旋霍尔效应
介观与纳米尺度物理
2020-07-15 v2 材料科学
摘要
轨道霍尔效应（Orbital Hall Effect, OHE）是在外加电场作用下轨道矩横向流动的现象。具有破缺反演对称性的固体，由于布里渊区中各个动量点存在内禀轨道矩，在外加电场作用下，这些轨道矩沿不同方向流动，从而产生净轨道霍尔电流，因此预期会表现出强OHE。本文对单层二维过渡金属二硫化物（TMDCs）中的这一效应及其可调性提供了全面的理解。我们通过全密度泛函计算、有效的d带紧束缚模型，以及一个能捕捉系统关键物理的谷点最小四带模型，对金属性和绝缘性TMDCs均进行了研究。对于OHE的调控，我们考察了空穴掺杂的作用以及能带参数的变化（例如可通过应变控制）。我们证明，OHE是比自旋霍尔效应（Spin Hall Effect, SHE）更为基本的效应，动量空间中的轨道矩在自旋-轨道耦合作用下诱导出自旋矩，进而导致SHE。本文描述的OHE物理普遍适用于具有破缺反演对称性的二维材料，甚至超越了TMDCs的范畴，为未来研究提供了一个广阔的平台。
引用
@article{arxiv.2006.07754,
title = {Intrinsic orbital and spin Hall effects in monolayer transition metal dichalcogenides},
author = {Sayantika Bhowal and S. Satpathy},
journal= {arXiv preprint arXiv:2006.07754},
year = {2020}
}
备注
20 pages, 15 figures