硅烯中的自旋 - 谷电子学：量子自旋 - 量子反常霍尔绝缘体与单谷半金属
介观与纳米尺度物理
2013-04-23 v2 材料科学
摘要
基于谷的电子学（称为谷电子学）是突破电子学新阶段的关键之一。谷自由度在蜂窝晶格系统中普遍存在。被称为硅烯的硅的蜂窝晶格结构是谷电子学的绝佳平台。我们通过在 和 位点引入不同的交换场来研究硅烯的拓扑相。由此涌现出丰富多样的拓扑保护态，每种态都具有特征性的自旋 - 谷结构。单狄拉克锥半金属就是这样一种态，其中一个能隙闭合而另外三个能隙打开，从而避免了 Nielsen-Ninomiya 费米子倍增问题。我们新发现了一种混合拓扑绝缘体，命名为量子自旋 - 量子反常霍尔绝缘体，其中量子反常霍尔效应发生在一个谷，而量子自旋霍尔效应发生在另一个谷。沿着其相边界，出现了单谷半金属，其中两个谷中只有一个无能隙且自旋简并。这些半金属也是拓扑保护的，因为它们出现在不同拓扑绝缘体的界面处。这种依赖于自旋 - 谷的物理现象可以通过光吸收或边缘模式观测到。
引用
@article{arxiv.1301.0971,
title = {Spin-Valleytronics in Silicene: Quantum-Spin-Quantum-Anomalous Hall Insulators and Single-Valley Semimetals},
author = {Motohiko Ezawa},
journal= {arXiv preprint arXiv:1301.0971},
year = {2013}
}
备注
6 pages, 4 figures (to be published in Phys. Rev. B)