反磁性双层体系中谷极化的通用方案提议

远优于铁磁（FM）谷态器件，反磁性（AFM）体系展现出零 stray field、太赫兹动力学和抵消磁矩等固有优势，具备超密集和超快潜力。然而，自发谷极化的物理机制主要源于 FM 六角形晶格，较少用于探索 AFM 材料中同步的自旋与谷极化。本文提出一种通用的堆叠方案，以实现 AFM 双层体系中的谷极化。将六角形铁谷材料作为基本构建单元，然后通过水平镜像和 2 倍旋转操作构建具有垂直镜像中心对称的双层 AFM 系统，可表现出自发谷极化。在此构建过程中，涉及较少探索的“层锁定隐藏谷极化”、隐藏 Berry 曲率和层面 Hall 效应，并可利用垂直电场检测隐藏谷极化并实现层锁定异常谷 Hall 效应。我们用三个实例说明该方案：首先，用 Janus GdBrI 验证设计过程中涉及的概念和效应；其次，用 $\mathrm{RuBr_2}$ 展示其他现象，包括谷极化转换和“近似理想量子霍金绝缘体”；最后，我们的设计原理为理解实验合成的 MnSe 的谷极化提供了新视角。我们的工作为实现 AFM 双层体系中的谷极化建立了稳健的通用方案，为 AFM 谷态器件开辟了新道路。