2023年8月11日，Adv. Funct. Mater.在线发表了山东大学
马衍东教授和戴瑛教授
课题组的研究论文，题目为《
Strain-Valley Coupling in 2D Antiferromagnetic Lattice
》。
凝聚态物理中的谷是指布里渊区中导带的局部最小值或价带的局部最大值。在二维
六方结晶
固体中，由于动量空间中的大分离，除了电荷和自旋之外，
布洛赫电子
还被赋予了额外的谷自由度。与电荷和自旋类似，这个新
自由度
可以
作为
下一代电子和光电子的信息载体，从而产生谷电子学的概念。在各种谷电子材料中，具有自发谷极化的磁性体系是最有前途的，其在有效利用和操纵谷自由度
方面具有独特的潜力
。
近年来，二维谷物理在基础研究和器件应用中都引起了极大的关注。寻找具有奇异物理性质的耦合谷可以探索新型量子器件，因此具有
重要的意义
。在此研究中，利用模型分析，作者
提出了一种
在二维反铁磁蜂窝晶格中以可控方式实现应变和谷物理强耦合的新机制
。
这个想法是通过应变来调节交换相互作用，从而介导反演和时间反演对称性。由于谷物理和对称性相联系，这使得能够实现强
应变-谷
耦合。在第一性原理计算的基础上，进一
步
在Au
Cl
3
、C
r
l
3
和VPTe
3
等一系列单层体系中证明了该机制的有效性
，并预测了这些体系存在谷极化和反常谷霍尔效应。发现
键角的变化在交换相互作用和应变-谷耦合过程中起着至关重要的作用
，并
对其微观成因进行了讨论
。这些探索的现象和见解极大地丰富了谷物理和二维材料的研究。
图1
(a) AFM与FM交换作用的二维蜂窝晶格示意图；(b) K和K’点处的带边示意图
图2
(a) 单层
Au
Cl
3
的晶体结构；(b) 八面体晶体场下Au 5d轨道的分裂；(c) 导致反铁磁序的
虚拟电子
转移过程示意图
图3 (
a)
单层
Au
Cl
3
中Au e
g
之间交换相互作用的示意图
；(b) 面内双轴应变下Au原子最近邻的几何结构示意图；(c-d) 有无SOC下单层
Au
Cl
3
的能带结构；(e) -4%应变下单层
Au
Cl
3
的能带结构
图4 (
a) 二维布里渊区中
未应变单层
Au
Cl
3
的自旋向上和自旋向下通道的Berry曲率
；(b)
二维布里渊区中-4%应变下
单层
Au
Cl
3
的总自旋通道的Berry曲率；(c) 在面内电场作用下，通过电子掺杂在单层
Au
Cl
3
中的谷霍尔效应和反常自旋霍尔效应(ASHE)
示意图
Liu, Y., Feng, Y., Zhang, T. et al.
Strain-Valley Coupling in 2D Antiferromagnetic Lattice
.
Adv. Funct. Mater
.
,
2023
, 2305130. https://doi.org/10.1002/adfm.202305130
【其他相关文献】
[1] Cheng, H., Zhou, J., Ji, W. et al. Two-dimensional intrinsic ferrovalley GdI
2
with large valley polarization.
Phys. Rev. B
,
2021
, 103, 125121. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.103.125121
[2]
He, Z., Peng, R., Feng, X. et al. Two-dimensional valleytronic semiconductor with spontaneous spin and valley polarization in single-layer Cr
2
Se
3
.
Phys. Rev. B
,
2021
, 104, 075105. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.104.075105
(纯计算)山东大学马衍东/戴瑛团队Phys. Rev. B: 双层MnBi2Te4中的层极化反常霍尔效应
(纯计算)山东大学马衍东/戴瑛团队Nano Lett.: 多铁磁性二维材料中的层霍尔效应
(纯计算)山东大学马衍东/戴瑛团队Adv. Funct. Mater.: 二维晶格中的d0磁斯格明子
(纯计算)山东大学牛成旺/戴瑛团队Phys. Rev. B: 蜂窝状铁磁体中的二阶拓扑绝缘体和可调拓扑相变
(纯计算)山东大学牛成旺/戴瑛团队Appl. Phys. Lett.: 2H-FeX2中可调的二阶拓扑绝缘体
(纯计算)山东大学牛成旺/戴瑛团队Phys. Rev. B: 二维铁电高阶拓扑绝缘体
山东大学牛成旺和戴瑛团队Nano Lett.:二维蜂窝状铁磁体中具有巨谷极化的二阶拓扑绝缘体
山东大学魏巍/戴瑛团队Nano Lett.:非磁性LaOMX2单层中对称性破缺引起的自发谷极化
