轨道双重态驱动的偶自旋 Chern 绝缘体

承载边缘自旋流的量子自旋霍尔绝缘体在低功耗自旋电子器件方面具有巨大潜力。本文提出了一种通用方法，可在相当大的体带隙内实现高且近量子化的自旋霍尔电导平台。利用非磁性四能带模型哈密顿量，我们证明了通过调节晶体对称性强制轨道双重态内自旋轨道耦合（SOC）的符号，可以实现偶自旋 Chern（ESC）绝缘体。在 $C_{S}=-2$ 的高自旋 Chern 数和自旋 $U$(1) 准对称性的辅助下，这种轨道双重态驱动的 ESC 相被赋予了近双量子化的自旋霍尔电导。我们确定了 12 个支持此类符号可调 SOC 的晶体学点群。此外，我们将理论应用于实际例子，展示了从由正 SOC 主导的 RuI$_3$ 单层平凡绝缘体到由负 SOC 主导的 RuBr$_3$ 单层 ESC 绝缘体的相变。这种轨道双重态驱动的 ESC 绝缘体 RuBr$_3$ 展现了包括螺旋边缘态、近双量子化自旋霍尔电导和稳健角态在内的非平凡特性。我们的工作为探索长期寻求的量子自旋霍尔绝缘体提供了不同途径。