(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

2023年5月22日，Phys. Rev. B在线发表了中国科学技术大学乔振华教授课题组的研究论文，题目为《Large Rashba spin-orbit coupling and high-temperature quantum anomalous Hall effect in Re-intercalated graphene/CrI₃ heterostructure》。

2010年，在Rashba自旋-轨道耦合和铁磁交换场存在的情况下，石墨烯中的量子反常霍尔效应（QAHE）被提出。经过十年的实验探索，反常霍尔电导只能达到0.25左右，单位为2e²/h，这归因于微小的Rashba自旋-轨道耦合。在此研究中，作者从理论上表明，石墨烯/CrI₃异质结中的Re插层不仅可以诱导相当大的Rashba自旋-轨道耦合（>40 meV），而且可以在谷K（22.2 meV）和K’（30.3 meV）处打开大的带隙，以及在5.5 meV（具有随机Re分布的19.5 meV）以上的全局带隙。研究发现，Rashba自旋-轨道耦合对外部应力具有鲁棒性，而拉伸应变可以增加全局体相带隙。此外，还全面探索了石墨烯/CrI₃体系中3d、4d、5d过渡金属插层的电子性质。

图1 Re插层石墨烯/CrI₃异质结的原子结构和电荷转移

图2 Re插层石墨烯/CrI₃异质结的能带结构、静电势、平面平均电荷密度和反常霍尔电导

图3 有无SOC的能带结构和对于的Berry曲率分布

图4 Re插层石墨烯/CrI₃异质结随应变的带隙变化和全局带隙

【论文链接】

Han, Y., Yan, Z., Li, Z. et al. Large Rashba spin-orbit coupling and high-temperature quantum anomalous Hall effect in Re-intercalated graphene/CrI₃ heterostructure. Phys. Rev. B, 2023, 107, 205412. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.107.205412

【其他相关文献】

[1] Zhang, J., Zhao, B., Yao, Y. et al. Robust quantum anomalous Hall effect in graphene-based van der Waals heterostructures. Phys. Rev. B, 2015, 92, 165418. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.92.165418

[2] Qiao, Z., Ren, W., Chen, H. et al. Quantum Anomalous Hall Effect in Graphene Proximity Coupled to an Antiferromagnetic Insulator. Phys. Rev. Lett., 2014, 112, 116404. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.112.116404