谷电子学材料提案：铁谷金属与谷无隙半导体

谷电子学材料可为未来电子器件提供新的自由度。本文提出铁谷金属（FVM）与谷无隙半导体（VGS）的概念，它们可在谷电子学双层体系中通过电场调控实现，其中面外铁电性与 A 型反铁磁性之间的相互作用可诱导层极化反常谷霍尔（LP-AVH）效应。FVM 的 K 与 -K 谷均为金属性，且电子与空穴载流子同时存在。在极端情形下，通过类比自旋无隙半导体（SGS），FVM 可变为 VGS。此外，提出在谷电子学双层体系中可利用电场实现谷分裂增强与谷极化反转。以双层 $\mathrm{RuBr_2}$ 为例，我们的提案通过第一性原理计算得以证实。在双层 $\mathrm{RuBr_2}$ 中施加电场即可实现 FVM 与 VGS。在适当电场范围内，增大电场可增强谷分裂，且翻转电场方向可实现谷极化反转。为在双层体系中有效利用电场调控谷性质，母体单层应具备面外磁化并具有大谷分裂。我们的结果揭示了电场在调控谷电子学双层体系中的可能作用，并为通过电场设计铁谷相关材料提供了途径。