具有大磁晶各向異性能的單層BaPb的室溫量子反常霍爾效應(yīng)*

張蔚曦 李勇 田昌海 佘彥超

(銅仁學(xué)院物理與電子工程系, 銅仁 554300)

具有巨大應(yīng)用潛力的二維材料在納米技術(shù)領(lǐng)域引起了人們極大的研究興趣.基于第一性原理計(jì)算, 本文預(yù)測(cè)了二維六角晶格BaPb體系具有室溫量子反常霍爾效應(yīng).體系磁基態(tài)是鐵磁半金屬態(tài), 并且自旋極化的Pb-p軌道導(dǎo)致體系的時(shí)間反演對(duì)稱性破缺.具有非零Chern數(shù)(C = 1)的單層BaPb中非平庸拓?fù)湫詠?lái)源于全自旋極化的px,y軌道形成的二次型非狄拉克能帶.不同于之前報(bào)道的pz軌道形成的狄拉克拓?fù)鋺B(tài)很容易被襯底破壞, px,y軌道形成的σ鍵非常穩(wěn)定.當(dāng)考慮自旋-軌道耦合作用時(shí), 二次型的非狄拉克點(diǎn)打開了接近177.39 meV的非平庸帶隙.通過(guò)反常霍爾電導(dǎo)、陳數(shù)、貝里曲率和邊緣態(tài)的計(jì)算, 證實(shí)了BaPb非平庸的拓?fù)湫?此外, 體系還表現(xiàn)出每個(gè)單元52.01 meV的大磁晶各向異性能.

1 引 言

在過(guò)去的十幾年里, 二維材料由于其獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì), 在許多領(lǐng)域均有著廣泛的應(yīng)用, 例如納米電子和光器件、能量存儲(chǔ)、催化和化學(xué)傳感器等[1-6].Haldane[7]基于二維蜂窩狀晶格提出了量子反常霍爾效應(yīng)(quantum anomalous Hall effect,QAHE).這一理論預(yù)測(cè)激發(fā)了研究者們對(duì)非耗散電子器件應(yīng)用的極大興趣[8-11].然而, 實(shí)現(xiàn)QAHE的難點(diǎn)在于既要滿足時(shí)間反演對(duì)稱性的破壞, 又要滿足自旋-軌道耦合(spin-orbit coupling,SOC)[12-15].因此, 建立長(zhǎng)程鐵磁有序的體系成為最常規(guī)的設(shè)計(jì)思路.目前, 該方法只能使QAHE在極低溫條件下(通常低于100 mK)觀察到, 因?yàn)殚L(zhǎng)程磁序會(huì)被磁疇破壞[16-18].隨后, V-I或Cr-V共摻雜和三摻雜的拓?fù)浣^緣……