Re 插层石墨烯/CrI$_3$ 异质结构中的大 Rashba 自旋轨道耦合与高温量子反常霍尔效应
介观与纳米尺度物理
2023-05-31 v1 材料科学
摘要
2010 年，在存在 Rashba 自旋轨道耦合和铁磁交换场的情况下，提出了石墨烯中的量子反常霍尔效应（QAHE）。经过十年的实验探索，反常霍尔电导仅能达到约 0.25（以 为单位），这归因于微小的 Rashba 自旋轨道耦合。在此，我们从理论上表明，石墨烯/CrI 异质结构中的 Re 插层不仅能诱导出可观的 Rashba 自旋轨道耦合（>），还能在谷 （22.2 meV）和 （30.3 meV）处打开大能隙，以及产生超过 5.5 meV（随机 Re 分布时为 19.5 meV）的全局能隙，从而承载 QAHE。我们构建了低能连续模型来解释其 underlying 物理机制。我们发现 Rashba 自旋轨道耦合对外加应力具有鲁棒性，而拉伸应变可增大全局体隙。此外，我们还表明具有六方氮化硼的 Re 插层石墨烯也能实现体隙超过 40~meV 的 QAHE，表明 插层石墨烯基异质结构的可调性。我们的发现向着石墨烯基 QAHE 的实验实现迈进了一大步，并将必然加速石墨烯基低功耗电子器件的实用化。
引用
@article{arxiv.2203.16429,
title = {Large Rashba Spin-Orbit Coupling and High-Temperature Quantum Anomalous Hall Effect in Re-Intercalated Graphene/CrI$_3$ Heterostructure},
author = {Yulei Han and Zhi Yan and Zeyu Li and Xiaohong Xu and Zhenyu Zhang and Qian Niu and Zhenhua Qiao},
journal= {arXiv preprint arXiv:2203.16429},
year = {2023}
}