Spin splitting and spin Hall conductivity in buckled monolayers of the group 14: First-principles calculations
已知具有屈曲蜂窝结构的第14族的元素单层，即硅烯、锗烯、锡烯和铅烯，由于平行于它们的高对称轴的电场而表现出自旋分裂，这能够在量子自旋霍尔绝缘体和普通能带绝缘体之间调节它们的拓扑相位。我们基于密度泛函理论进行了第一性原理计算，量化了自旋相关的带隙和自旋分裂随外加电场的变化，并提取了不变量哈密顿量的主要系数.利用线性响应理论和Wannier插值方法，计算了单分子膜的自旋霍尔电导率，并研究了它对外电场的敏感性。我们的研究结果表明，自旋霍尔电导率是不量子化的情况下，硅烯，锗烯，锡烯退化显着的电场反转的带隙，使单层到平凡的阶段。电场诱导的带隙在铅丹的情况下不闭合，铅丹显示出对外部电场稳健的自旋霍尔电导率。
2021-11-11 cond-mat.mtrl-sci
Spin scattering and Hall effects in monolayer Fe3GeTe2
University of Texas at Austin（德克萨斯大学奥斯汀分校）；University of Florida（佛罗里达大学）；University of New Hampshire（新罕布什尔大学）；University of California-Riverside（加州大学河滨分校）；Arizona State University（亚利桑那州立大学）；Georgetown University（乔治城大学）
单层Fe3GeTe2中，磁化方向变化导致异常霍尔效应与自旋霍尔效应的转变，通过自旋散射选择规则和自旋轨道耦合实现，为二维自旋电子学研究提供新平台。
2023-05-16 cond-mat.mtrl-sci
Electric-filed tuned anomalous valley Hall effect in A-type hexagonal antiferromagnetic monolayer
本文提出利用面外电场破坏A型六角反铁磁单层的PT对称性以产生并调控自旋劈裂，并通过Cr2CH2的第一性原理计算验证了层锁定反常谷霍尔效应。
2023-12-12 cond-mat.mtrl-sci
Realizing robust large-gap quantum spin Hall state in 2D HgTe monolayer on insulating substrate
尽管近年来人们预测了许多可能的二维拓扑绝缘体，但仍然缺乏实验上可实现的二维拓扑绝缘体。通过第一性原理和紧束缚模拟，我们发现了一种有效的方法，可以在Al $_2$ O $_3$（0001）衬底上稳定2D HgTe蜂窝单层膜中具有227 meV大非平凡能隙的量子自旋Hall态.能带拓扑起源于$s-$类和$p-$类轨道之间的能带反转，这完全由Hg和Te原子贡献，因此量子化边缘态被限制在蜂窝状HgTe单层内。同时，HgTe和Al $_2$ O $_3$（0001）之间的强相互作用确保了原子结构的高稳定性。因此，在高温下，HgTe/Al $_2$ O $_3$（0001）中可以实现TI态。
2018-06-21 cond-mat.mtrl-sci
Quantum Anomalous Hall and Valley Quantum Anomalous Hall Effects in Two-Dimensional d0 Orbital XY Monolayers
我们提出了一个新的家庭的d 0轨道XY（X = K，Rb，Cs; Y = N，P，As，Sb，Bi）单分子膜具有丰富和新颖的拓扑结构和谷的性质。KN、RbN、RbP、RbAs、CsP、CsAs和CsSb单分子膜具有显著的量子反常霍尔效应（QAHE）。CsSb单层也表现出异常的谷QAHE与巨大的分裂。此外，由于px;y和pz轨道之间的应变诱导带反转，XY单层的拓扑性质可以通过面内应变有效地调节。我们的研究结果表明，d 0轨道XY单层膜可以是很好的候选人，有前途的应用在自旋电子学和多功能拓扑为基础的设备。
2022-04-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Switchable in-plane anomalous Hall effect by magnetization orientation in monolayer $\mathrm{Mn}_{3}\mathrm{Si}_{2}\mathrm{Te}_{6}$
本研究预测了单层Mn3Si2Te6中由磁化方向调控的可切换面内反常霍尔效应，为高能效自旋电子器件提供潜在平台。
2024-04-19 cond-mat.mtrl-sci
Ferroelectric polarization controlled orbital Hall conductivity in a higher-order topological insulator: \textit{d1T}-phase monolayer MoS$_2$
Shanghai University（上海大学）
研究探讨了单层d1T相MoS₂作为高阶拓扑绝缘体的特性，揭示了铁电极化对轨道霍尔电导的调控作用，为可调轨道霍尔效应提供了理论和材料基础。
2026-05-18 cond-mat.mtrl-sci
Quantum anomalous Hall effect in monolayer transition-metal trihalides
SANKEN, The University of Osaka（大阪大学先进科学研究中心）；Center for Spintronics Research Network (CSRN), The University of Osaka（大阪大学自旋电子学研究网络中心）
研究二维过渡金属三卤化物的电子和磁性性质，发现MnF3和PdF3存在自旋极化狄拉克锥，自旋轨道耦合打开能隙并产生非平凡拓扑特性。
2026-03-31 cond-mat.mtrl-sci
Quantum anomalous Hall effect in stable 1T-YN$_2$ monolayer with a large nontrivial band gap and high Chern number
量子反常霍尔（QAH）效应是一种拓扑非平凡相，其特征在于体相的陈数不为零，而边界相的手征边缘态为零。使用第一性原理计算，我们证明了QAH效应的存在下，在1 T-YN $_2$单层，这是最近预测的狄拉克半金属没有自旋轨道耦合（SOC）。我们发现，列入SOC打开了一个大的非平凡的带隙近$0.1$ eV的电子能带结构。这将导致在非平凡的散装拓扑结构，这是确认的Berry曲率，反常霍尔电导和手性边缘状态的存在下的计算。值得注意的是，一个高的陈数$C = 3$被发现，并有三个相应的无带隙的手征边缘状态内出现的散装间隙。我们的研究结果为寻找高温高陈数QAH绝缘体开辟了一条新的途径，具有重要的实际应用价值。
2018-06-23 cond-mat.mtrl-sci
Anomalous valley Hall effect in electric-potential-difference antiferromagnetic $\mathrm{Cr_2CHCl}$ monolayer
提出在电势差反铁磁Cr2CHCl单层中通过Janus结构破坏PT对称性诱发自发自旋劈裂，实现大于室温热能的谷劈裂和层锁定反常谷霍尔效应。
2024-07-24 cond-mat.mtrl-sci
Correlation-enhanced spin-orbit coupling and quantum anomalous Hall insulator with large band gap and stable ferromagnetism in monolayer $\mathrm{Fe_2Br_2}$
非平凡能带拓扑与磁有序相结合可以产生量子反常霍尔绝缘体（QAHI），这可能会导致器件概念的进步。在这里，通过第一性原理计算，稳定的单层$\mathrm{Fe_2Br_2}$被预测为室温大间隙高陈数QAHI通过使用广义梯度近似加上$U$（GGA+ $U$）的方法。大的能隙是由于Fe原子的关联增强自旋轨道耦合（SOC）效应，这相当于在没有电子关联的情况下人为地增加SOC的强度。面外磁各向异性是产生量子反常霍尔（QAH）态的关键，因为面内磁化会破坏非平凡能带拓扑。在没有SOC的情况下，$\mathrm{Fe_2Br_2}$是一个受镜像对称保护的半Dirac半金属态，电子关联和SOC效应产生了具有相当大的带隙和两个手性边缘模的QAH态。结果发现，QAH状态是强大的双轴应变（$a/a_0$：0.96至1.04）在单层$\mathrm{Fe_2Br_2}$与稳定的铁磁（FM）有序和面外磁各向异性。计算结果表明，居里温度对关联强度和应变敏感。降低的相关性和压缩应变有利于高居里温度。这些分析和结果可以很容易地推广到其他单层$\mathrm{Fe_2XY}$（X/Y=Cl，Br和I），它具有与$\mathrm{Fe_2Br_2}$单层相同的Fe主导的低能态。这些发现为设计新的高温拓扑量子器件提供了新的机会。
2022-02-21 cond-mat.mtrl-sci
Optically induced spin Hall current in monolayer Janus NbSSe: A first-principles study
该研究通过第一性原理计算揭示金属性 Janus NbSSe 的 Ising/Rashba 自旋轨道耦合特性，并证明线偏振光可选择性激发不同自旋分量的自旋霍尔电流。
2025-09-02 cond-mat.mtrl-sci
Isovalent alloying assisted anomalous valley Hall effect in hexagonal antiferromagnetic monolayer
该研究提出通过等价合金化打破PT对称性，在六方反铁磁单层中实现自旋劈裂与反常谷霍尔效应，并通过第一性原理计算在CrMoC2S6单层中验证，拉伸应变可增强谷劈裂。
2024-05-29 cond-mat.mtrl-sci
Tunable Quantum Spin Hall Effect via Strain in two-Dimensional Arsenene Monolayer
寻找新的量子自旋霍尔（QSH）相位并对其边缘态进行有效的操控，无论是在基础科学还是在实际应用中都具有重要意义。本文采用第一性原理计算研究了二维砷烯单分子膜的应变驱动拓扑相变。结果表明，随着应变的增加，砷烯的带隙由间接带隙变为直接带隙，当应变大于11.14%时，在Γ点发生s-p带反转，形成非平凡的拓扑态.建立了单对拓扑保护的砷烯螺旋边态，并利用非平凡拓扑不变量Z2 = 1确定了它们的QSH态。我们还提出了高介电BN作为实验合成arsenene的理想衬底，保持其非平凡的拓扑结构。这些发现提供了一个有前途的候选平台，拓扑现象和新的量子器件在纳米电子操作。
2015-10-16 cond-mat.mtrl-sci
Piezoelectric quantum spin Hall insulator with Rashba spin splitting in Janus monolayer $\mathrm{SrAlGaSe_4}$
多功能二维材料的实现是一个非常有趣的课题，例如压电性与拓扑绝缘相或铁磁性的结合。在这项工作中，Janus单层$\mathrm{SrAlGaSe_4}$是建立从二维$\mathrm{MA_2Z_4}$家庭的动态，机械和热稳定性，这是由于缺乏反演对称性的压电。无应变的$\mathrm{SrAlGaSe_4}$单层是具有自旋轨道耦合（SOC）的窄禁带正常绝缘体（NI）。然而，双轴应变可以诱导NI到拓扑绝缘体（TI）的相变，并且可以实现压电量子自旋霍尔绝缘体（PQSHI）。更令人兴奋的是，相变点仅为约1.01张应变，并且非平凡带拓扑可以保持直到考虑1.16张应变。此外，在PQSHI导带的Rashba自旋分裂，可以退出由于缺乏一个水平的镜像对称性和SOC的存在。对于单层$\mathrm{SrAlGaSe_4}$，无论是在平面和更弱的平面外的压电极化可以与单轴应变施加。计算得到的单层$\mathrm{SrAlGaSe_4}$的压电应变系数$d_{11}$和$d_{31}$分别为-1.865 pm/V和-0.068 pm/V，拉伸应变为1.06作为代表TI。事实上，许多PQSHI可以从2D $\mathrm{MA_2Z_4}$族实现。为了确认，与$\mathrm{SrAlGaSe_4}$类似，压电性和拓扑有序性的共存可以通过$\mathrm{CaAlGaSe_4}$单层中的应变（约1.04拉伸应…
2021-03-05 cond-mat.mtrl-sci
Valley-polarized quantum anomalous Hall insulator in monolayer $\mathrm{RuBr_2}$
本征铁谷（FV）与非平凡能带拓扑的共存，不仅由于其基础物理性质，而且由于其潜在的应用，即谷极化量子反常霍尔绝缘体（VQAHI），引起了人们的广泛兴趣。在这里，基于第一性原理计算，通过使用广义梯度近似加上$U$（GGA+ $U$）方法，由电子相关或应变引起的VQAHI可以发生在单层$\mathrm{RuBr_2}$中。对于垂直磁各向异性（PMA），铁谷（FV）到半谷金属（HVM）到量子反常霍尔（QAH）到HVM到FV的跃迁可以通过增加电子相关$U$来驱动。然而，对于面内磁各向异性，没有特殊的QAH态和谷极化。通过计算实际的磁各向异性能（MAE），发现由于PMA、单位Chern数/手征边缘态和自发谷极化，两个HVM态之间确实存在VQAHI。$U$的增加可引起VQAHI，其原因是$d_{xy}$ / $d_{x^2-y^2}$和$d_{z^2}$轨道之间的Berry曲率或能带反转。即使真实的$U$落在该范围之外，VQAHI也可以通过应变来实现。以$U$ $=$ 2.25 eV作为具体情况，单层$\mathrm{RuBr_2}$可以在约0.985压缩应变下从普通铁磁（FM）半导体变为VQAHI。值得注意的是，VQAHI的边缘态是手性自旋谷锁定，这可以实现低功耗电子器件的完全自旋和谷极化。单层$\mathrm{RuBr_2}$中VQAHI的能带隙和谷分裂都高于室温的热能（25 meV），这对…
2022-01-23 cond-mat.mtrl-sci
Ab-initio exploration of Gd monolayer interfaced with WSe$_2$: from electronic and magnetic properties to the anomalous Hall effect
本研究通过从头算探究Gd单层与WSe₂形成的异质结构，揭示其强自旋轨道耦合与对称性破缺引发的反常霍尔效应及可调谐特性，为相关自旋电子器件设计提供理论依据。
2025-09-30 cond-mat.mtrl-sci
Strain-engineering quantum anomalous Hall effect in janus MnBi2SexTe4-x monolayers
本研究通过理论计算发现，在Janus MnBi2TexSe4-x单层中，两种结构因自旋轨道耦合产生能带反转，具有非零陈数，且压缩应变可提高陈数至2并增强磁性稳定性，为磁性拓扑绝缘体设计提供新策略。
2025-02-25 cond-mat.mtrl-sci
Fractional quantum ferroelectric control of spin-valley locking and valley Hall effects in altermagnetic monolayer Cr2S2
Jishou University（吉首大学）
研究单层Cr2S2中自旋-谷锁定和谷霍尔效应的分数量子铁电控制。通过第一性原理计算，利用复合对称操作实现二维FQFE-AM平台及可切换状态，实现极化可切换的自旋-谷锁定和极化控制的谷霍尔效应，为低功耗谷电子器件提供途径。
2026-07-17 cond-mat.mtrl-sci
Anomalous valley Hall effect in antiferromagnetic monolayers
反常谷霍尔（AVH）效应是凝聚态物理中的一种基本输运现象。目前对AVH效应的研究主要集中在具有铁磁有序结构的二维晶格上。本文通过模型分析，提出了在反铁磁单层膜中实现AVH效应的一般设计原理，即引入非平衡势破坏PT对称性。利用第一性原理计算，我们通过在铁电单层Sc2CO2上堆叠反铁磁单层MnPSe 3，实现AVH效应，进一步证明了这一设计原理。AVH效应可以通过调节叠加模式得到很好的控制。此外，通过电场反转Sc2CO2的铁电极化，单层MnPSe 3中的AVH效应可以容易地打开或关闭。基本的物理学被详细揭示。我们的发现为探索AVH效应开辟了一个新的研究方向。
2021-07-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Rectangular Tantalum Carbide Halides TaCX (X = Cl, Br, I) monolayer: Novel Large-Gap Quantum Spin Hall Insulator
量子自旋霍尔（QSH）绝缘体具有边缘状态，其在拓扑上被保护免受背散射。然而，已知的QSH材料（例如HgTe/CdTe和InAs/GaSb量子阱）表现出非常小的能隙并且仅在低温下工作，这阻碍了它们在室温器件中的应用。基于第一性原理计算，我们预测了一个新的QSH绝缘体的单层碳化钽卤化物TaCX（X = Cl，Br，和I）具有独特的矩形晶格和大的直接能隙大于0.2 eV，准确地说，0.23 $-$ 0.36 eV。该系统中的二维QSH效应机制源于固有的d $-$ d带反转，不同于传统的s $-$ p或p $-$ p轨道之间的带反转.此外，应变和本征电场可用于调节电子结构并增强能隙。TaCX纳米粒子具有跨越体带隙的单狄拉克锥边缘态，表现出与石墨烯相当的高费米速度的线性色散。这些具有相当大的非平凡的间隙的二维材料在新一代无耗散电子学和自旋电子学中具有巨大的应用潜力。
2016-02-28 cond-mat.mtrl-sci
Quantum spin Hall effect in monolayer and bilayer TaIrTe$_{4}$
一般来说，堆叠两个量子自旋霍尔绝缘体会产生一个平凡的绝缘体。在这里，基于第一性原理电子结构计算，我们确认单层TaIrTe $_{4}$是量子自旋霍尔绝缘体，并显着发现双层TaIrTe $_{4}$仍然是量子自旋霍尔绝缘体。理论分析表明，类共价的层间相互作用结合时反不变的$Γ$点处的小带隙导致了双层TaIrTe $_{4}$中新的能带反转，即量子自旋霍尔相的出现.同时，在双层TaIrTe $_{4}$中，随着层间距的增加，可以观察到拓扑相变。考虑到体相TaIrTe $_{4}$是一种II型Weyl半金属，层状TaIrTe $_{4}$为在不同维度上实现不同的拓扑相提供了一个理想的平台。
2019-10-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Symmetry-Engineered Nonlinear Hall Response and Optical Response in Strained Monolayer Janus AsTeBr
National Institute of Science Education and Research（国家科学教育研究所）；Vrije Universiteit, Amsterdam（阿姆斯特丹自由大学）；Nicolaus Copernicus University in Toruń（托伦哥白尼大学）
研究单轴应变对单层Janus AsTeBr材料性能的影响，通过第一性原理等计算表明，应变可降低晶体对称性，产生有限BCD，诱导NLHE，还研究了应变依赖的光学性质，建立了对称破缺等之间微观联系，为调控材料多功能特性提供有效策略。
2026-07-21 cond-mat.mtrl-sci
Giant Spin-valley Polarization and Multiple Hall Effect in Functionalized Bi Monolayers
谷电子材料和拓扑绝缘体是近年来引起人们极大兴趣的两种材料。然而，valleytronic和拓扑性质之间的相互作用，在一个单一的系统，可能使重要的未探索的现象和应用，已在很大程度上被忽视到目前为止。本文采用紧束缚模型和第一性原理计算相结合的方法，发现在用卤素元素修饰的Bi单分子膜Bi2XY（X，Y = H，F，Cl，Br，or I）中同时出现了大带隙量子自旋霍尔效应（QSHE）和谷霍尔效应（VHEs）.过渡金属（Cr，Mo，W）掺杂或LaFeO3磁性衬底在Bi2XY单层膜中引入了交错交换场，与Bi原子的强自组织状态一起产生了时间反演的准分子剪切效应和巨大的谷分裂（513 meV）.通过门控，在单个系统中可以观察到QSHE和反常电荷、自旋、谷霍尔效应。这些预测的多重和奇异的霍尔效应，与各种程度的自由电子，可以使功能化的Bi单层在电子学，自旋电子学，和valleytronics的应用。
2018-07-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Quantum anomalous Hall phase in (001) double-perovskite monolayers via intersite spin-orbit coupling
利用紧束缚模型和第一性原理计算，我们证明了在二维正方晶格上实现量子反常霍尔（QAH）相的可能性，这种可能性可以在双钙钛矿单层中实现。我们发现，有效的格点间自旋轨道之间的耦合，可以诱导微扰，从而产生一个QAH状态。此外，通过八面体旋转可以增强有效的自旋-轨道耦合。基于第一性原理计算，我们提出这种QAH态可以在La 2 MnIrO 6单层中实现，理想情况下能隙大小为26 meV.我们观察到，电子结构是敏感的结构扭曲，并加强哈伯德U趋于稳定的非平凡的差距。
2014-06-14 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Bismuthylene Monolayer: A Promising Quantum Spin Hall Insulator with Large Band Gaps
通过第一性原理计算，我们预测了一种新的二维量子SH绝缘体存在于铋单层的多孔同素异形体铋乙烯中，并通过声子谱和分子动力学模拟证实了其动力学稳定性.电子结构的分析表明，它是一个自然的QSH态，在Γ点处的能隙高达0.29 eV，比弯曲态（0.2 eV）和平坦态（0.2 eV）的铋、Bi_4 Br_4（0.18 eV）以及锡烯（0.1 eV）都要大，在能量上也比这些体系更稳定。有趣的是，在约6 - 5%的应变和高达0.8 eV/cm的电场下，铋乙烯具有可调带隙和非平凡带拓扑。此外，我们还建立了紧束缚模型来解释自旋轨道耦合引起的能带拓扑结构背后的低能物理。我们还提出了一个量子阱bismuthylene之间的两个BN片，并揭示了这种结构仍然具有相当大的带隙拓扑非平凡。这一发现为新一代无耗散电子学和自旋电子学器件提供了一个可行的平台。
2016-07-14 cond-mat.mtrl-sci
Strain Tunable Berry Curvature Dipole, Orbital Magnetization and Nonlinear Hall Effect in WSe2 Monolayer
在时间反演对称性破缺系统中，电子拓扑结构通常与Berry曲率有关，Berry曲率可以引起反常的霍尔效应.本征单层过渡金属二硫属化物具有两个不等价的K和K'谷，Berry曲率符号相反，从而消除了体系中的反常霍尔效应。在这里，我们报告的实验实现的Berry曲率在一个单一的谷单轴应变打破C3 v对称性WSe 2单分子层。因此，虽然K谷和K'谷的Berry曲率本身仍然相反，但这两个谷对非零Berry曲率偶极子的贡献是相等的。在施加电场时，出现的Berry曲率偶极子将导致面外轨道磁化，这进一步诱导对E^2具有线性响应的异常霍尔效应，称为非线性霍尔效应。利用门控技术研究了中等空穴掺杂的WSe_2单层薄膜的非线性霍尔效应的应变调制输运特性。二次谐波霍尔信号与电场呈二次函数关系，对应的轨道磁化强度单位电流密度可达60。与具有面内自旋极化的传统Rashba-Edelstein效应相比，这种电流诱导的轨道磁化沿着面外方向，从而有望实现垂直磁化的高效电开关。
2021-07-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Quantum anomalous Hall state in a fluorinated 1T-MoSe$_2$ monolayer
本研究通过第一性原理计算发现全氟化1T-MoSe₂单层在自旋轨道耦合作用下可形成陈数|C|=2、能隙117.2meV的非平庸量子反常霍尔态，构建了低能有效模型，为二维大能隙量子反常霍尔态研究及低功耗自旋电子器件设计提供新方向。
2023-10-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Interaction of excitons with magnetic topological defects in 2D magnetic monolayers: localization and anomalous Hall effect
新型2D材料CrI3揭示了2D铁磁性和强大的激子响应的独特组合。我们证明了磁拓扑缺陷的形成，如Neel skyrmions，连同大的激子塞曼分裂的可能性，导致巨大的散射不对称性，这是激子异常霍尔效应的必要先决条件。此外，抗磁效应破坏了反转对称性，在某些情况下，可以导致激子在skyrmion上的局域化。这使得能够形成具有可调参数的磁激子量子点。
2022-05-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Strain-tunable multipiezo effects in Janus monolayer Cr2SSe: Selective reversal of valley polarization and single-spin-channel anomalous valley Hall effect
Jishou University（吉首大学）
研究通过第一性原理计算揭示Janus单层Cr2SSe中应变可调的多铁电效应，展示谷极化反转与单自旋通道异常谷Hall效应，为低功耗谷度自由度操控提供理论基础。
2026-04-01 cond-mat.mtrl-sci
Unprotected quadratic band crossing points and quantum anomalous Hall effect in FeB2 monolayer
二次带交叉点（QBCP）和量子反常霍尔效应（QAHE）是近年来理论和实验研究的热点。基于第一性原理计算，我们发现FeB $_2$单层膜是一种半金属结构，在$K$具有QBCP。通过对称性分析和$\mathbf{k}\cdot\mathbf{p}$不变量理论，我们发现QBCP不受旋转对称性的保护，由两个手征相同的Dirac点组成（$2π$的Berry相位）.当引入库仑相互作用后，我们发现自旋QBCP存在自发的时间反转破缺不稳定性，并由此产生轨道矩有序的$C=2$ QAH绝缘体.
2022-06-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin-valley-coupled quantum spin Hall insulator with topological Rashba-splitting edge states in Janus monolayer $\mathrm{CSb_{1.5}Bi_{1.5}}$
利用拓扑绝缘相实现自旋极化态和谷极化态的结合，对于促进拓扑物理、自旋电子学和谷电子学的奇妙结合具有重要意义。本文在Janus单层$\mathrm{CSb_{1.5}Bi_{1.5}}$中预测了自旋谷耦合量子自旋霍尔绝缘体（svc-QSHI）的动态、机械和热稳定性。不等价的谷具有相反的Berry曲率和自旋矩，这可以产生自旋谷霍尔效应。在布里渊区中心，由于缺少水平镜像对称性，可以观察到Rashba型自旋分裂。此外，单层$\mathrm{CSb_{1.5}Bi_{1.5}}$显示出独特的Rashba分裂边缘状态。在广义梯度近似（GGA）水平下，谷点处的能带隙和自旋分裂都大于室温下的热能（25 meV），这对于室温下的器件应用是非常重要的。证明了自旋谷耦合和非平凡量子自旋霍尔（QSH）态是鲁棒的双轴应变。我们的工作为实现拓扑物理、自旋电子学和谷电子学的集成提供了一个新的平台。
2021-10-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Room Temperature Ferroelectricity, Ferromagnetism, and Anomalous Hall Effect in Half-metallic Monolayer CrTe
研究证明单层CrTe在室温以上具有动力学稳定的多铁性，结合铁磁性、半金属性、铁电性及磁电耦合，并实现电场可调谐的反常霍尔效应，在自旋电子学领域具应用潜力。
2023-10-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Observation of the Quantum Spin Hall Effect up to 100 Kelvin in a Monolayer Crystal
拓扑绝缘体（TI）领域是由时间反演不变系统（例如自旋-轨道耦合单层石墨烯）中的量子自旋霍尔效应（QSHE）的预测引发的。从那时起，各种单层晶体已被提出作为二维（2D）TI表现出QSHE，甚至可能在高温下。然而，单层QSHE的确凿证据仍然缺乏，基于半导体异质结构的系统在接近液氦的温度下工作。在这里，我们报告的QSHE在单层WTe 2的温度高达100开尔文的观察。在短边极限下，单层膜表现出标志性的量子化输运电导，每边~ e2/h。此外，一个磁场抑制的电导，和观察到的塞曼型间隙表明存在一个Kramers退化点，证明了时间反演对称性的重要性，从弹性背散射保护。我们的结果建立了高温QSHE，并打开了一个新的领域，发现基于二维晶体的拓扑相。
2017-11-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Tunable anomalous Hall transport in bulk and two-dimensional 1$T$-CrTe$_{2}$: A first-principles study
具有强磁有序性的层状材料吸引了人们极大的研究兴趣。在最近的实验中，已经合成了一种新的层状材料1 $T$ $_{2}$，并且在室温以上显示出铁磁性。在这里，基于第一性原理计算，我们调查的电子，磁性，和输运性质的1 $T$ -CrTe $_{2}$，无论是在散装和在二维（2D）的限制。我们发现1 $T$ $_{2}$可以稳定的单层形式，并具有较低的剥离能.单层结构是本征铁磁金属，其保持高于室温的高居里温度。特别是，我们揭示了有趣的功能，在异常霍尔运输。结果表明，在基态下，体相和单层1 $T$ $_{2}$都具有消失的反常霍尔效应，这是因为磁化强度保持一个垂直镜像对称性.可以通过调整磁化方向或通过打破镜像对称的单轴应变来使异常霍尔电导率变得相当大。室温下的二维铁磁性和可调的反常霍尔效应使该材料成为一个有前途的纳米器件应用平台。
2021-01-29 cond-mat.mtrl-sci
Optical induced Spin Current in Monolayer NbSe$_2$
单层NbSe 2是金属二维（2D）过渡金属二硫属化物材料。由于NbSe 2的晶格结构和强的原子自旋轨道耦合（SOC）场，单层NbSe 2具有Ising型的SOC，作为有效的塞曼场，导致非常规的拓扑自旋性质。本文采用基于有效紧束缚模型的Kubo公式，计算了NbSe_2单层膜的自旋相关的光电导，该模型包括Nb原子的$d_{z^2}$、$d_{x^2-y^2}$和$d_{xy}$轨道。数值计算表明，由于单层NbSe_2的拓扑性质，上下自旋与霍尔电流符号相反，因此在光照射下单层NbSe_2中可以产生纯自旋霍尔电流，有限自旋Berry曲率还评估了自旋霍尔角。光诱导自旋霍尔电流可以通过电子掺杂来增强，并且即使在室温下也持续存在。我们的研究结果将有助于设计光学自旋电子学器件，如自旋电流收集的光照射的基础上的二维材料。
2021-05-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Large spontaneous valley polarization and anomalous valley Hall effect in antiferromagnetic monolayer $\mathrm{Fe_2CF_2}$
本文预测了A型反铁磁单层$\mathrm{Fe_2CF_2}$具有巨大自发谷极化，通过面外电场打破$PT$对称性引发自旋劈裂实现层锁定反常谷霍尔效应，并证明Janus结构无需外电场即可实现该效应。
2024-04-22 cond-mat.mtrl-sci
Large-gap quantum anomalous Hall states induced by functionalizing buckled Bi-III monolayer/Al$_{2}$O$_{3}$
拓扑量子反常霍尔（QAH）效应所固有的手征边缘模是当代凝聚态研究中的一个重要课题，其目标是未来的量子技术及其在自旋电子学中的应用。大的拓扑间隙对于防止热波动至关重要，从而能够实现更高的工作温度。通过第一性原理计算，我们提出Al $_{2}$ O $_{3}$作为Bi和III族元素组成的原子单分子膜的理想衬底，在该衬底中可以实现大带隙量子自旋霍尔效应.额外的半钝化与氮，然后建议一个拓扑相变的大间隙QAH绝缘体。通过有效的紧束缚模型，我们证明了Bi-III单层/Al $_{2}$ O $_{3}$是由$p_{x}, p_{y}$轨道占主导地位，次主导$p_z$轨道的贡献。拓扑相变到QAH诱导塞曼分裂，其中非对角自旋交换不起重要作用。有效模型分析的效用远远超过Bi-III单层/Al $_{2}$ O $_{3}$，因为它一般适用于由$p_{x}, p_{y}$轨道主导的系统，带反转在$Γ$。
2022-08-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Negative longitudinal resistance of monolayer graphene in the quantum Hall regime
本研究在量子霍尔体系下的封装单层石墨烯霍尔棒器件中观测到负纵向电阻，结合数值计算明确了其出现的必要条件，排除了宏观无序的主要成因可能。
2024-05-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Strain-engineering spin-valley locking effect in altermagnetic monolayer with multipiezo properties
本文提出反铁磁单层 Janus Nb2SeTeO，利用单轴与双轴应变工程调控自旋-能谷锁定及压电能谷效应，实现 AVHE、QAHE、QSHE 与拓扑相变。
2024-12-07 cond-mat.mtrl-sci
Strong magneto-optical and anomalous transport manifestations in two-dimensional van der Waals magnets Fe$_n$GeTe$_2$ ($n$ = 3, 4, 5)
利用第一性原理计算和群论分析，我们系统地研究了单层和双层Fe $_n$ GeTe $_2$（$n$ = 3，4，5）的磁晶各向异性能、磁光效应和反常输运性质（包括反常霍尔效应、能斯特效应和热霍尔效应）.单层Fe $_n$ GeTe $_2$（$n$ = 3，4，5）表现出面外、面内和面内铁磁有序，具有相当大的磁晶各向异性能，分别为-3.17，4.42和0.58 meV/f. u.，分别在双层结构的Fe $_4$ GeTe $_2$中预测为铁磁有序，而在双层结构的Fe $_3$ GeTe $_2$和Fe $_5$ GeTe $_2$中预测为反铁磁有序.群论分析表明，除了单层铁磁Fe $_n$ GeTe $_2$（$n$ = 3，4，5）外，双层反铁磁Fe $_5$ GeTe $_2$中还存在磁光和反常输运现象，这在实际的共线反铁磁体中是非常罕见的.当单层和双层Fe $_n$ GeTe $_2$的自旋磁矩从面内方向重新取向到面外方向时，其磁光性质和反常输运性质显著增强，表现出较强的磁各向异性.我们还证明了反常霍尔效应随温度的升高而减小。在单层和双层铁磁Fe $_n$ GeTe $_2$中发现了巨大的反常能斯特和热霍尔效应，在双层铁磁Fe $_4$ GeTe $_2$中观察到最大的反常能斯特和热霍尔电导率，在130 K时分别为-3.31 A/Km和0.22 W/Km.特别是双层反铁磁$_…
2021-10-05 cond-mat.mtrl-sci
Searching for Large-gap Quantum Spin Hall Insulators: Boron-Nitride/(Pb, Sn)/α-Al2O3 Sandwich Structures
拓扑绝缘体在高效信息处理和存储方面具有巨大的潜力。使用密度泛函理论计算，我们预测，蜂窝状的铅单层可以稳定在Al 2 O3（0001）衬底上，并成为拓扑非平凡的相当大的带隙（~0.27 eV）。此外，我们建议使用六方氮化硼（h-BN）单层作为保护的Pb/Al 2 O3和Sn/Al 2 O3的拓扑状态。我们的研究结果提出了新的可能性设计和保护二维TI的实际应用。
2017-01-26 cond-mat.mtrl-sci
Piezoelectric quantum spin Hall insulator VCClBr monolayer with pure out-of-plane piezoelectric response
压电量子自旋霍尔绝缘体（piezoelectric quantum spin Hall insulator，PQSHI）是一种将压电与非平凡拓扑绝缘相相结合的二维系统，是探索新型拓扑态、发展高速无耗散电子器件的一个重要方向。在这项工作中，我们预测PQSHI Janus单层VCClBr构造从$\mathrm{VCCl_2}$，这是动态，机械和热稳定。在没有自旋轨道耦合（SOC）的情况下，VCClBr是一种窄禁带半导体，禁带宽度为57 meV，这与狄拉克半金属$\mathrm{VCCl_2}$不同。VCClBr的带隙是由于上下原子层不对称而产生的内建电场所致，$\mathrm{VCCl_2}$的外电场诱导带隙进一步证实了这一点。当包括SOC时，VCClBr的能隙提高到76 meV，这大于室温的热能（25 meV）。VCClBr是一个二维拓扑绝缘体（TI），$Z_2$拓扑不变量和非平凡的一维边缘态证实了这一点.证明了VCClBr的非平凡拓扑性质对应变（双轴和单轴情况）和外部电场具有鲁棒性。由于水平镜像对称性的破坏，当施加双轴或单轴面内应变时，只能观察到面外压电响应。预测的压电应变系数$d_{31}$和$d_{32}$分别为-0.425 pm/V和-0.219 pm/V，高于或与许多二维材料的压电应变系数相比。最后，我们构造了另外两个动力学不稳定的Janus单层VCFBr和VCFCl，它们…
2022-06-05 cond-mat.mtrl-sci
Realization of Quantum Spin Hall State in Monolayer 1T'-WTe2
量子自旋霍尔（QSH）绝缘体是一种新型的二维量子态物质，在没有磁场的情况下具有量子化的霍尔电导，这是由于拓扑保护的无耗散边缘态桥接了由带反转和强自旋轨道耦合打开的能隙。通过使用角分辨光电子能谱（ARPES）和第一性原理计算研究外延生长的单层1 T '-WTe 2的电子结构，我们观察到清晰的拓扑带反转和带隙开放的特征，这是QSH态的标志。扫描隧道显微镜测量进一步证实了正确的晶体结构和体带隙的存在，并提供了证据的修改后的电子结构附近的边缘，这是一致的预期QSH绝缘体。我们的研究结果建立了单层1 T '-WTe 2作为一个强大的二维过渡金属二硫属化物（TMDC）材料家族中的一个新的类QSH绝缘体具有大的带隙。
2017-03-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
NiCl3 Monolayer: Dirac Spin-Gapless Semiconductor and Chern Insulator
量子反常霍尔（QAH）效应的实际应用的最大障碍是缺乏合适的具有大的非平凡带隙、室温磁有序和高载流子迁移率的QAH材料（Chern绝缘体）。本文采用第一性原理计算研究了氯化镍（NiCl 3）单层膜的特性。NiCl_3单层膜是一类新型的Dirac材料，具有Dirac自旋无隙半导体性质和高温铁磁性（~ 400 K）。考虑到自旋-轨道耦合，NiCl 3单层成为一个本征绝缘体，具有~24 meV的大的非平凡带隙，对应于高达~ 280 K的工作温度，在该温度下可以观察到量子反常霍尔效应。计算出的大的非平凡的间隙，高居里温度和单自旋狄拉克态在此报告的NiCl 3单层导致我们提出，这种材料给一个很大的承诺，为潜在的实现近室温QAH效应和潜在的应用自旋电子学。最后但并非最不重要的是，狄拉克费米子的费米速度约为4 × 105 m/s，表明在NiCl 3单层中具有非常高的迁移率。
2016-10-03 cond-mat.mtrl-sci
Chern Number Tunable Quantum Anomalous Hall Effect in Monolayer Transitional Metal Oxides via Manipulating Magnetization Orientation
尽管人们在理论和实验上对量子反常霍尔效应（QAHE）进行了大量的探索，但陈数可调的QAHE系统仍然有限。在这里，我们从理论上提出，NiAsO $_3$和PdSbO $_3$，单层过渡金属氧化物，可以实现QAHE与可调陈数通过操纵他们的磁化方向。当磁化位于\textit{x-y}平面中并且所有镜像对称性被破坏时，低陈数（即，$\mathcal{C}=\pm1$）相出现。当磁化呈现非零\textit{z}方向分量时，系统进入高陈数（即，$\mathcal{C}=\pm3$）相，即使在倾斜磁化的存在下。当磁化方向为\textit{z} -方向时，PdSbO单层$_3$的带隙接近室温能级（23.4 meV）.利用Wannier紧束缚模型，建立了磁化诱导拓扑相变相图。我们的工作为实际电子应用提供了一个可调陈数的高温QAHE系统。
2022-03-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Layer-Locked Anomalous Valley Hall Effect in Two-Dimensional A-Type Tetragonal Antiferromagnetic Insulator
本文提出在A型AFM绝缘体中通过应变和电场调制实现反常谷霍尔效应，预测$\mathrm{Fe_2BrMgP}$单层为VQSHI原型，实现AVHE与QSHE协同，为二维四方AFM单层中实现多种霍尔效应提供新途径。
2023-11-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Effect of Rashba spin-orbit coupling on topological phases in monolayer ZnIn2Te4
以单层ZnIn2Te4为案例，研究了内禀与Rashba自旋轨道耦合的竞争，确定了Rashba自旋劈裂与量子自旋霍尔相共存的条件，为设计增强自旋电子学能力的拓扑绝缘体提供指导。
2025-06-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Anomalous valley Hall effect in monolayer chromium-based triple-Q magnets
本文通过密度泛函理论预测单层铬基材料的三重Q磁绝缘基态，揭示其源于Cr 3d电子交换竞争，并在无自旋轨道耦合条件下发现巨大谷劈裂的反常谷霍尔效应，为谷电子学研究提供新方向。
2025-05-05 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el physics.comp-ph
Proximity-induced superconducting gap in the quantum spin Hall edge state of monolayer WTe$_2$
量子自旋霍尔（QSH）态最近在过渡金属二硫属化物1 T '-WTe $_2$的单层中被证明，并且其特征在于二维（2D）内部和螺旋一维（1D）边缘态中的带隙。在螺旋边缘状态中诱导超导性将导致一维拓扑超导体，这是一种备受追捧的物质状态。在本研究中，我们使用一种新的干转移倒装技术，将原子级薄层的WTe $_2$的范德华超导体，NbSe $_2$。使用扫描隧道显微镜和光谱（STM/STS），我们证明原子清洁的表面和界面和存在的邻近诱导的超导能隙的WTe $_2$的厚度从单层到7个结晶层。在WTe $_2$单层的边缘，我们发现超导能隙与QSH边缘态的特征光谱信号共存。综上所述，这些观察结果提供了确凿的证据，邻近诱导超导的QSH边缘状态在WTe $_2$，实现一维拓扑超导性和马约拉纳束缚态在这个范德华材料平台的关键一步。
2019-07-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Optically tunable spin Hall effect in periodically driven monolayer transition metal dichalcogenides
本研究利用圆偏振光驱动单层过渡金属二硫化物，通过Floquet线性响应理论验证了可光学调控自旋霍尔效应自旋流的大小与方向，揭示其源于非Rashba效应与CPL非微扰效应的结合。
2025-03-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Two-Dimensional Room Temperature Ferromagnetic Semiconductors with Quantum Anomalous Hall Effect
获得室温铁磁半导体材料是科学界面临的重大挑战之一，也是实现室温量子反常霍尔效应（QAHE）的基本前提，两者都是人们期待已久的。在这里，我们报告说，基于第一性原理计算，PdBr 3，PtBr 3，PdI3和PtI3单层铁磁半导体与可能的高温QAHE。蒙特卡罗模拟给出PdBr 3和PtBr 3单层的居里温度分别为350 K和375 K。这些二维（2D）材料是陈式绝缘体。PdBr 3和PtBr 3的带隙分别为58.7 meV和28.1 meV与GGA和100.8 meV和45 meV与HSE 06，非常有利于观察室温QAHE。多轨道电子关联揭示了大的带隙。通过对PdBr_3、PtBr_3和PtI_3单分子膜稳定性的考察，预测其在实验中是可行的。本文的工作为利用室温铁磁半导体材料研制自旋电子器件和利用室温量子阱热效应研制无耗散器件提供了新的思路。
2019-09-03 cond-mat.mtrl-sci
Thermal robustness of the quantum spin Hall phase in monolayer WTe$_2$
单层1T '-WTe $_2$是第一个在实验上观察到量子自旋霍尔相的二维晶体。此外，最近的实验和理论建模报告了一个强大的激子绝缘相的存在。虽然第一性原理计算与混合泛函和几个测量在低温下建议的带隙的数量级为50 meV的存在下，实验可以确认的螺旋边缘状态的存在下，只有高达100 K。本文采用第一性原理模拟方法研究了温度对单层1T '-WTe $_2$电子结构的影响，同时考虑了热膨胀和电子-声子耦合的贡献。首先，我们表明，热膨胀是弱的，但往往会增加间接带隙。然后，我们用非微扰方法计算了电子-声子耦合对能带结构的影响，观察到随着温度的升高，能带反转略有减少。值得注意的是，拓扑相和有限间隙的存在被发现是特别强大的热效应高达和高于室温。
2023-02-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Two-dimensional Weyl Half Semimetal and Tunable Quantum Anomalous Hall Effect in Monolayer PtCl$_{3}$
提出了一种新的物质拓扑量子态--二维Weyl半金属（WHS），其特征是在费米能级上的二维Weyl点属于一个自旋通道，使得低能电子由完全自旋极化的二维Weyl费米子描述.我们预测它的实现在单层PtCl $_3$的基态。我们表明，该材料是一个半金属与面内磁化，其费米面由一对完全自旋极化的外尔点的镜像对称，这是强大的对自旋轨道耦合的保护。值得注意的是，我们表明，WHS状态是一个临界状态的拓扑相变之间的两个量子反常霍尔绝缘体相位与相反的陈数，这样的量子反常霍尔状态之间的切换可以很容易地实现通过旋转的磁化方向。我们的研究结果表明，WHS提供了新的机会来控制手性边缘通道，这将有助于设计新的拓扑电子器件。
2019-03-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
