二维 Si$_{2}$Bi$_{2}$ 单层中由空位线缺陷诱导的一种维 confined Rashba 态

先进的缺陷工程技术已使从原始材料中创造出独特量子相的可能性日益增强。一维(1D)低维系统中的原子缺陷尤为引人入目,因其具有如1D Rashba 态等独特的量子特性,后者可实现无耗散自旋电流的产生,因此理想用于自旋电子器件。我们利用密度泛函计算和基于模型的对称性分析,报告了在具有空位线缺陷(VLDs)的二维 Si$_{2}$Bi$_{2}$ 单层(ML)中出现1D Rashba 态的现象。我们证明,在 Si$_{2}$Bi$_{2}$ ML中引入 VLDs可在费米能级附近诱导强局域于沿延伸缺陷线的一维受限缺陷态。值得注意的是,我们观察到这些缺陷态中存在1D Rashba 自旋分裂带,其显著的自旋分裂主要来自缺陷附近硅和硼原子之间强 $p-p$ 轨道耦合。这些自旋分裂缺陷态在动量空间 $\vec{k}$ 中的自旋极化呈完美共线分布,其方向垂直于 VLDs 的取向。此外,我们利用 $\vec{k}\cdot\vec{p}$ 扰动理论结合对称性分析,表明具有共线自旋极化的1D Rashba 态是由于 VLDs 的对称性降低至 $C_{s}$ 点群所致,该点群保留沿1D VLDs 方向的 $M_{xz}$ 镜像对称性。观察到的本系统中的1D Rashba 态可防止载流子发生自旋去相干,并支持异常长的自旋寿命,这在发展高效自旋电子器件方面具有前景。