通过反转电场方向切换Rashba自旋分裂

Rashba自旋分裂的调控对纳米自旋电子技术的发展至关重要。本文提出可通过反转电场方向来开启和关闭Rashba自旋分裂。通过第一性原理计算，以Janus单层RbKNaBi为例说明了该设想。所设计的RbKNaBi具有动力学、热学和力学稳定性，且是在费米能级附近具有Rashba自旋分裂的大带隙量子自旋霍尔绝缘体(QSHI)。由于底层与顶层原子电负性差异极小，预测存在微小内建电场，这对利用实验可达的电场强度切换Rashba自旋分裂非常关键。由于面外结构不对称性，该Janus单层在施加大小相同但方向不同($z$ 或 $-z$)的外电场 $E$ 时表现出截然不同的行为。结果表明，正 $E$ 使Rashba能量($E_R$)和Rashba常数($\alpha_R$)增大，而负 $E$ 抑制Rashba分裂直至消失，随后再次出现。在特定 $E$ 区间(0.15 $\mathrm{V/\AA}$ 至 0.25 $\mathrm{V/\AA}$)，仅通过反转电场方向即可实现Rashba自旋分裂的切换。此外，预测压电应变系数 $d_{11}$ 和 $d_{31}$(5.52 pm/V 与 -0.41 pm/V)高于或可与许多二维材料相比。借助压电效应，应变也可用于调控RbKNaBi的Rashba自旋分裂。进而，提出了一种可能的自旋电子器件以实现自旋电子开关的功能。