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有機納米材料的反常霍爾效應方面取得新進展,并在Applied Physics Letters期刊上在線發表學術論文

量子反常霍爾模型首先是由Haldane在二維六角晶格中提出來的,自旋軌道耦合和鐵磁序實現其本征的量子反常霍爾效用。随後,量子反常霍爾相提出的主要材料是基于石墨烯和矽烯摻雜外部金屬原子的結構。但是這些二維磁性蜂窩狀晶格在自然界中是很少存在的,并且由于結構的複雜性而很難控制。金屬有機框架的Kagome晶格與蜂窩狀幾何結構很類似,引起了很多針對正在解決的有機或無機電子器件的研究興趣。與無機材料相比,二維有機金屬框架的潛在優勢是低成本、易制造、機械靈活性比較高等等。

在這篇文章中,基于從頭算密度泛函理論和緊束縛模型,我們研究了一個新的Kagome晶格,合成的有機金屬框架Mn-DCA,探究他的電子性質和拓撲性質。考慮到半滿的Mn原子的價電子結構是3d54s2,我們期待他能夠實現強自旋極化的量子反常霍爾效用。計算陳數、量子霍爾電導和體态有自旋軌道耦合帶隙的無帶隙手性邊緣态可以證明Mn-DCA晶格的拓撲性質。顯然,這裡的量子反常霍爾相是本征的,費米面坐落在拓撲帶隙之間,不需要額外的空穴或電子來調諧。這些發現表明,Mn-DCA晶格可以促進量子反常霍爾相的實驗進展以及在自旋電子學器件的實際應用。

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, 61571210)的資助。

Citation: Appl. Phys. Lett. 110, 233107 (2017);doi: 10.1063/1.4985144