納米自旋電子材料與器件團隊
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研究生王亞萍在二維砷烯薄膜中的量子自旋霍爾研究取得進展,相關成果在Applied Physics Letters上發表

凝聚态物理和材料科學領域一個重要的發展就是在室溫下實現電子的傳導過程中的能量不耗散,拓撲能帶的出現打開了拓撲量子領域的大門。值得注意的是,氧化化合物的拓撲量子态由于其新奇的物理化學性質而引起了廣泛的研究興趣。氧化物明顯的優勢是天然的抗氧化能力和暴露在空氣中的穩定性,也因此刺激了研究人員尋找新的氧化材料。

在這篇文章中,基于密度泛函理論計算,我們提出了二維氧化砷烯是一種新的本征量子自旋霍爾絕緣體,表面修飾的官能團是氧原子。由于氧化後的軌道過濾效應,砷原子的pxy軌道會受自旋軌道耦合影響而打開一個89meV的帶隙,并且這個帶隙會在雙軸應力的作用下增大到130meV。把氧化砷烯放在BN納米面上生長,形成AsO/BN/AsO量子阱,依然能夠保持這樣一個比較大的拓撲帶隙。考慮到二維氧化砷烯表面完全氧化,并且能夠穩定存在來抗氧化和降解,我們的研究結果為在自旋電子學器件中實現量子自旋霍爾效應提供了理想的平台。

此項工作在張昌文教授的指導下,由王亞萍同學完成,發表在Applied Physics Letters 上。本課題并獲得國家自然科學基金重點和面上項目(No.11434006, 11304121)的資助。

Citation: Appl. Phys. Lett. 110, 213101 (2017);doi: 10.1063/1.4983781