基于单层二维 Xene 材料的稳健全电学拓扑谷滤波

我们提出了一种可实现的全部电学稳健谷滤波器器件设计，其利用具有大本征自旋轨道耦合的单层 2D-Xene 材料上承载的自旋保护拓扑界面态。与局域在 $X$ 点附近的传统量子自旋霍尔边缘态不同，出现在拓扑不同相之间畴壁处的界面态来自 $K$ 或 $K^{'}$ 点，使其成为谷极化通道的合适候选。我们表明，大带隙量子自旋霍尔效应的存在使得自旋-谷锁定的螺旋界面态在空间上分离，且谷态受自旋守恒保护，从而实现对短程非磁性无序的稳健性。通过在适当设计的器件结构上采用散射矩阵形式，我们还详细分析了不同 2D-Xene 材料在存在非磁性短程无序时的谷分辨输运。我们的数值模拟证实了自旋轨道耦合在实现改进谷滤波器性能中的作用，其完美电导量子归因于拓扑保护的界面态。我们的分析进一步清晰阐明了在设计优化的谷电子学滤波器器件时需要考虑的材料正确选择、器件几何结构及其他因素。