二维非Janus与Janus反铁磁体Fe₂WS₂Se₂中的III型谷极化与反常谷霍尔效应

利用谷自由度为量子信息技术引入了一种新范式。目前，对自发谷极化的研究主要聚焦于两大类系统：一类是通过打破时间反演对称性实现的磁性系统，另一类是通过打破反演对称性实现的铁电材料。是否还存在其他可能性？本文提出通过打破反铁磁体中的镜面对称性来实现自发谷极化，即III型谷极化。通过对称性分析和第一性原理计算，我们确认该机制在非Janus Fe₂WS₂Se₂中是可行的。单层非Janus和Janus Fe₂WS₂Se₂均为稳定的奈尔型反铁磁态的直接带隙半导体。更有趣的是，它们的磁各向异性能量在xy平面表现出罕见的双轴各向异性和四叶草形状，而xz和yz平面则呈现常见的单轴各向异性。这源于四阶单离子相互作用。更重要的是，由于Mxy对称性破缺，非Janus Fe₂WS₂Se₂中自发产生了谷劈裂，无需依赖自旋轨道耦合效应。非Janus和Janus Fe₂WS₂Se₂均展现出多样的谷极化和反常谷霍尔效应特性。此外，谷极化的幅度和方向可通过双轴应变和磁场有效调控。本研究不仅拓展了自发谷极化的实现体系，也为谷自由度的高密度存储提供了理论基础。