硅烯中的衬底诱导磁性与拓扑相变

硅烯作为一种多功能纳米电子材料已显示出巨大的应用潜力，尤其有望作为自旋电子学应用的构建单元。遗憾的是，尽管具有诸如相对较大的自旋轨道相互作用等引人入胜的性质，硅烯用作宿主自旋电子材料的最大障碍之一在于缺乏磁性，或由于硅烯-衬底相互作用引起的拓扑相变，后者影响其基本性质且尚未被充分探索。在此，我们表明当硅烯生长在CeO2衬底上时，与CeO2(111)共价结合的硅烯中出现显著的稳健磁矩，而无论界面处为范德瓦耳斯（vdWs）相互作用还是共价键合相互作用，均发生向带绝缘体的拓扑相变。硅烯的诱导磁性源于Si-Si π键的断裂，也导致平庸拓扑相。硅烯-衬底相互作用，即便是弱vdWs力（等效于电场），也能破坏硅烯的量子自旋霍尔效应（QSHE）。我们提出了一种可行策略——构建反对称三明治结构（保护层/硅烯/衬底）——以在弱vdWs相互作用体系中保持硅烯的量子自旋霍尔（QSH）态。该工作向硅烯基自旋电子器件的基础物理与现实应用迈出了关键一步。