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(纯计算)山东大学钱钊团队Phys. Rev. B: 多铁性范德华异质结中反常谷霍尔效应的可逆非易失性控制

时间：2023-12-21 来源： 浏览：

(纯计算)山东大学钱钊团队Phys. Rev. B: 多铁性范德华异质结中反常谷霍尔效应的可逆非易失性控制

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2023年10月26日，Phys. Rev. B在线发表了山东大学钱钊教授和Li Xinru 课题组的研究论文，题目为《 Reversible nonvolatile control of anomalous valley Hall effect in a multiferroic van der Waals heterostructure 》。

在动量空间中具有两个或两个以上简并但不等价能量极值的某些晶体中，除了常规的电荷和自旋外，载流子还可以赋予谷自由度。依赖于谷的物理量，如Berry曲率和轨道磁矩，提供了强大的控制手段来处理和控制与谷相关的效应。在实际应用中，通过外部手段控制反常谷霍尔（AVH）效应对 谷电子 器件至关重要。然而，以前提出的大多数控制方法要么是不可逆的，要么是不稳定的。

在此研究中，作者提出了一种基于多铁性范德华异质结实现AVH效应的非易失性电控制的通用方案。利用密度泛函理论（DFT）计算和 k · p 模型分析， 在铁电 单层A l 2 S 3 上 堆垛铁磁单层VSe 2 进一步证明了该设计原理的可行性。 AVH 的可逆转换可以通过电场 反转A l 2 S 3 的铁电极化来精细控制 。 由于 A l 2 S 3 的铁电非易失性，V Se 2 的 调控 AVH态可以稳定地保持 。此外，通过反转铁电极化，可以同时反转谷极化的符号。这项研究结果不仅为本征铁电控制的铁谷提供了基础，而且为实现双向和非易失性转换 谷电子 器件提供了一个 优秀的候选材料 。

图1  基于多铁性异质结的设计原理

图2  (a-b)  V up 型和 V dw 型构型的晶体结构；(c-d) 无SOC的 V up 型和 V dw 型构型的能带结构；(e-f) 有SOC的 V up 型和 V dw 型构型的能带结构

图3 (a) 单层 A l 2 S 3 和VSe 2 的平面平均静电势；(b) V up 型和 V dw 型构型相对于真空能级的能带排列；(c-d) 根据DFT和 k · p 模型计算的 V up 型和 V dw 型构型在K/K’谷附近具有SOC的低能带结构

图4 (a-b) V up 型和 V dw 型沿高对称点的Berry曲率；(c-d) V up 型和 V dw 型构型中的 反常谷霍尔效应和存储器器件 图

【 论文链接 】
Lei, C., Li, X., Ma, Y. et al. Reversible nonvolatile control of anomalous valley Hall effect in a multiferroic van der Waals heterostructure . Phys. Rev. B , 2023 , 108, 155431. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.108.155431

【其他相关文献】

[1] Tong, WY., Gong, SJ., Wan, X. et al. Concepts of ferrovalley material and anomalous valley Hall effect. Nat. Commun ., 2016 , 7, 13612. https://doi.org/10.1038/ncomms13612
[2]  Marfoua, B., Hong, J. Reversal of anomalous Hall conductivity by perpendicular electric field in 2D WSe 2 /VS e 2 heterostructure. Commun. Phys ., 2022 , 5, 266. https://doi.org/10.1038/s42005-022-01044-5
(纯计算)东南大学王金兰/陈云飞团队Adv. Funct. Mater.: 多铁异质结中自旋极化电流极性的铁电控制
(纯计算)中国科学技术大学乔振华团队Phys. Rev. B: Re插层石墨烯/CrI3异质结中的高温量子反常霍尔效应

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