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納米自旋電子材料與器件團隊
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研究生張守娟在Phys. Rev. B上發表量子反常霍爾效應薄膜設計的新成果

  近年來,拓撲相和拓撲性質成為物理和材料領域衆多科學家的研究熱點,并在2016年獲得諾貝爾物理學獎。量子反常霍爾模型首先是由Haldane在二維六角晶格中提出來,通過自旋軌道耦合和鐵磁序實現其本征的拓撲态。實驗中,在極低溫度下已經發現(Bi, Sb)2Te3摻雜Cr 和V薄膜實現了量子反常霍爾效應(QAH)。因此,目前的研究重點是尋找在室溫下可以實現量子反常霍爾效應的新型材料。

  課題組基于密度泛函理論和緊束縛模型方法,成功預測了一種新的六角蜂窩狀薄膜結構Nb2O3。通過計算陳數、量子霍爾電導,以及在自旋軌道耦合作用下的手性邊緣态,我們證明了二維Nb2O3晶格具有室溫下的本征的量子反常霍爾相,其拓撲帶隙達到75meV;而且其鐵磁居裡轉變溫度TC  = 392 K。進一步的聲子譜和分子動力學研究表明,Nb2O3晶格具有良好的熱和動力學穩定性,易于在實驗中實現。我們的研究結果對促進量子反常霍爾相的實驗設計及其在自旋電子學器件的實際應用具有重要價值。

  此項工作是在國家自然科學基金重點項目(11434006)等資助下,由我校張昌文教授科研團隊 (第一作者張守娟同學) 與山東大學顔世申教授科研團隊共同合作完成的。該成果于 2017年 11月  9日以 “ Intrinsic Dirac half-metal and quantum anomalous Hall phase in a hexagonal metal-oxide lattice”為題在國際物理領域著名期刊Phys. Rev. B上發表。

  論文鍊接: https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevB.96.205433