Combining quantum spin hall effect and superconductivity in few-layer stanene
Stanene被认为是一种含有拓扑边态的量子自旋Hall绝缘体和一种具有螺旋Majorana边模的时间反演不变性拓扑超导体。最近，在单层锡烯薄膜中发现了拓扑边缘态存在的实验证据，并且在除单层外的少层锡烯薄膜中观察到了超导电性。同时具有拓扑边态和超导性的集成系统是实现拓扑超导性的一个可能平台。少层锡烯在满足这一要求方面表现出巨大的潜力，在实验中受到高度重视。在这里，我们成功地在铋（111）衬底上生长少层锡烯。用扫描隧道显微镜/光谱仪（STM/STS）观察到了拓扑边缘态和超导带隙。我们的结果进一步向锡烯薄膜的拓扑超导性迈进了一步。
2020-06-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Epitaxial binding and strain effects of monolayer stanene on the Al$_{2}$O$_{3}$(0001) surface
锡烯是锡的二维单层结构，由于其大的自旋-轨道相互作用，被预测为二维拓扑绝缘体。然而，一个明确的实验证明的锡烯的拓扑非平凡的性质已经逃避观察，部分原因是因为难以选择一个基板上的锡烯将保持拓扑非平凡的。在本文中，我们提出了第一性原理密度泛函理论（DFT）计算的外延单层锡烯生长在（0001）表面的氧化铝，Al $_{2}$ O $_{3}$，以及独立的装饰锡烯下的应变。通过描述单层锡烯如何与氧化铝结合的能量学和性质，我们展示了单层相干应变和外延到衬底的强大能量驱动。通过分析应变锡烯的电子结构，发现它是Al $_{2}$ O $_{3}$上的量子自旋霍尔绝缘体。我们还描述了\emph{in situ}氟装饰上的绑定锡烯单层，包括其潜在的机械剥离的效果。
2022-01-26 cond-mat.mtrl-sci
Band Gap Opening in Stanene Induced by Patterned B-N doping
锡烯是一种量子自旋霍尔绝缘体，是一种很有前途的电子和光电子器件材料。采用密度泛函理论（DFT）方法研究了单掺杂（B，N）和共掺杂（B-N）对锡烯禁带宽度的影响。研究了不同模式的硼氮共掺杂对锡烯电子性质的影响。图案化的B-N共掺杂打开了锡烯中的带隙，并且半导体性质随着应变而持续。分子动力学（MD）模拟证实了这种掺杂系统的热稳定性。应力-应变研究表明，这种掺杂体系与纯锡烯一样稳定。我们的功函数计算表明，锡烯和掺杂锡烯具有比石墨烯低的功函数，因此有希望的材料，为电子器件和电子器件。
2016-12-30 cond-mat.mtrl-sci
Multimechanism quantum anomalous Hall and Chern number tunable states in germanene (silicene, stanene)/$M$Bi$_2$Te$_4$ heterostructures
该研究通过第一性原理计算设计锗烯（硅烯、锡烯）/$M$Bi$_2$Te$_4$异质结构，实现多机制共存且陈数可由磁构型精确调控的量子反常霍尔态。
2024-06-17 cond-mat.mtrl-sci
Hydrogen-assisted layer-by-layer growth and robust nontrivial topology of stanene films on Bi(111)
自从首次通过外延生长成功合成锡烯以来，人们一直致力于提高其整体质量，并探索其在不同生长条件下的拓扑和其他奇异性质。在这里，我们使用第一性原理的方法，揭示了原子的生长机制和强大的拓扑结构的少层锡烯Bi（111）。我们首先表明，单层锡烯生长在Bi（111）遵循一个非常理想的成核和生长机制，其特征在于吸引的Sn吸附原子的相互作用。更重要的是，我们发现，表面钝化的残余氢是必不可少的，在实现逐层生长的高品质的少层锡烯，与氢作为表面活性剂在稳定生长的薄膜。此外，我们系统地研究了锡烯的拓扑性质对薄膜厚度、氢钝化和衬底的依赖关系，并在不同的物理条件下获得了稳健的量子自旋霍尔效应。非平凡拓扑的鲁棒性归因于Bi衬底的强自旋-轨道耦合。本文还结合最近的实验结果讨论了锡烯的原子生长机制和非平凡拓扑结构。
2021-03-11 cond-mat.mtrl-sci
High-buckled R3 stanene with topologically nontrivial energy gap
锡烯被预测为二维拓扑绝缘体（2DTI）。它的低屈曲原子几何结构和增强的自旋轨道耦合有望引起显著的量子自旋霍尔（QSH）效应。然而，迄今为止，大多数实验生长的锡烯显示金属状态，没有真正的间隙，可能是由于与衬底的化学耦合和衬底施加的应力。在这里，我们展示了一个有效的方式调整的原子屈曲的锡烯打开一个拓扑非平凡的能隙。通过调节生长动力学，我们在Bi（111）衬底上不仅得到了低屈曲的1x1锡烯，而且得到了出乎意料的高屈曲的R3xR3锡烯。扫描隧道显微镜（STM）研究结合密度泛函理论（DFT）计算证实了R3xR3锡烯是一个畸变的1x1结构，在每三个1x1晶胞中有一个高屈曲的Sn。高屈曲的R3xR3锡烯有利于在Γ点处的大能带反转，并且自旋轨道耦合打开拓扑非平凡的能隙。在STM测量和DFT计算中验证的边缘态的存在进一步证实了R3xR3锡烯的拓扑结构。这项研究提供了一种替代的方式来调整单层2DTI材料的拓扑结构。
2017-07-26 cond-mat.mtrl-sci
Band splitting in bilayer stanene electronic structure scrutinized via first principle DFT calculations
最近的工作，锡烯作为量子自旋霍尔绝缘体，我们研究双层锡烯使用第一性原理计算。目的是通过调节双层膜的堆积顺序（和角度）来改善和开发新的性能。这种层的堆叠已经被证明是用于调节单层材料的性质的技术。在这里，我们设计了具有不同堆叠角度以及AA和AB配置的多个双层系统。相反，观察到由于自旋轨道耦合（SOC）的带隙的改善，我们见证了由于SOC的带的分裂，堆叠的MoS2片的特征行为。带的这种分裂产生不同的、独立的和独特的自旋向上和自旋向下通道，表现出谷依赖的自旋极化。另外，作为堆叠MoS2系统的对比，我们注意到在我们的系统中堆叠角度和顺序确实影响电子态。
2019-01-23 cond-mat.mtrl-sci
Gapped Electronic Structure of Epitaxial Stanene on InSb(111)
Stanene（单层灰锡）具有类似于石墨烯的电子结构，但具有更大的自旋轨道间隙，为基于量子自旋霍尔（QSH）效应的室温电子学提供了一个有前途的平台。这种材料受到了理论上的广泛关注，但一直难以找到适合锡烯生长的基底，从而产生整体带隙的电子结构;对于室温应用来说，需要相当大的间隙。在这里，我们报告了锡烯外延生长在锑化铟（111）B面的研究。角分辨光电子能谱（ARPES）的测量结果表明，在协议与我们的第一性原理计算的间隙为0.44 eV。结果表明，锡烯在InSb（111）上是电子QSH应用的有力竞争者。
2017-11-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Stanene: A Good Platform for Topological Insulator and Topological Superconductor
二维拓扑绝缘体（TI）和拓扑超导体（TSC）分别因其在无耗散电子输运和容错量子计算方面的巨大潜力而成为近年来研究的热点。在这里，我们专注于锡烯，石墨烯的锡类似物，简要回顾其作为二维TI和TSC的候选者的发展。锡烯被认为是具有0.3 eV大带隙的TI，其拓扑性质对各种因素敏感，例如，晶格常数、化学功能化和层厚度，这提供了用于相位调谐的各种方法。在实验上，最近观察到的反转的间隙和边缘状态，这是强有力的证据TI。此外，锡烯也被预测是一个时间反演不变的TSC打破反转对称性，支持螺旋马约拉纳边缘模式。锡烯的层相关的超导电性最近被证实的运输和扫描隧道显微镜测量。本文详细介绍了锡烯及其拓扑性质，并对其发展前景进行了展望。
2020-07-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Engineering ideal helical topological networks in stanene via Zn decoration
拓扑绝缘体的xene家族在拓扑电子、自旋电子和谷电子器件的许多提议中起着关键作用。这些建议依赖于施加局部扰动，包括电场和邻近磁场，诱导拓扑相变的xenes。然而，这些技术缺乏对拓扑区域之间的界面的几何形状的控制，这是工程拓扑设备的一个关键方面。我们提出吸附原子装饰作为在Xenes中工程原子精确拓扑边缘模式的方法。我们的第一性原理计算表明，锡烯只在两个子晶格中的一个上修饰Zn原子，诱导了从量子自旋霍尔（QSH）到量子谷霍尔（QVH）的拓扑相变，并证实了自旋谷极化边缘模在QSH/QVH界面上的存在.最后，我们讨论这些边缘模式的技术应用，使原子的精度所提供的adatom操纵技术的最新进展。
2022-03-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Monolayer Topological Insulators: Silicene, Germanene and Stanene
本文报道了单层拓扑绝缘体的理论研究进展，包括硅烯、锗烯和锡烯，它们分别是硅、锗和锡的单层蜂窝结构。由于自旋轨道相互作用，它们表现出自然界中的量子自旋霍尔效应。通过施加垂直电场可以调节带隙，从而引起拓扑相变。我们还分析了一般蜂窝系统的拓扑性质以及拓扑绝缘体的分类。明确地确定了蜂窝体系中拓扑绝缘体和超导体的相图。我们还研究了拓扑电子学，包括拓扑场效应晶体管，拓扑基尔霍夫定律和拓扑自旋谷电子学。
2015-03-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
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
Towards Topological Quasi-Freestanding Stanene via Substrate Engineering
为了寻找新一代的自旋电子学硬件，室温量子自旋霍尔效应（QSHE）的候选材料已成为当代研究的热点。受石墨烯中QSHE的原始提议的启发，已经合成了几种异质结构，目的是为了通过增加自旋-轨道耦合来促进QSHE体带隙的较重IV族元素的六边形单层。然而，到目前为止，单层/基板耦合，这可以体现在应变，变形和杂交，已被证明是有害的所期望的QSHE条件的单层。具体集中在锡烯，锡类似物的石墨烯，我们研究如何插入缓冲层介导之间的单层和基板，以优化QSHE设置。从一个详细的密度泛函理论研究，我们突出了这样的缓冲层诱导的主要机制，以完成准自由站立的锡烯在其QSHE阶段。我们补充我们的理论预测，提出了第一个真正的尝试，生长在SiC（0001）上的锡烯可以沉积的缓冲层。
2018-11-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electrically switchable giant Berry curvature dipole in silicene, germanene and stanene
该研究结合紧束缚模型、第一性原理计算与对称性分析，证明横向电场和应变可在硅烯、锗烯、锡烯中诱导并电切换巨型 Berry 曲率偶极矩及非线性 Hall 效应。
2023-08-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Suitability of available interatomic potentials for Sn to model its 2D allotropes
本研究评估多种锡的原子间势对二维锡烯同素异形体的适用性，通过DFT和分子静力学结合10种不同势计算7种锡烯相的结构力学性能并做系统定量比较。
2024-06-24 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph physics.comp-ph
Thermally-driven phase transitions in freestanding low-buckled silicene, germanene, and stanene
本文通过研究硅烯、锗烯和锡烯的热驱动结构相变，揭示了其铁弹性、非晶化及三维晶化行为对自旋轨道耦合带隙和拓扑绝缘体应用前景的影响。
2023-03-14 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Dumbbell Stanane: A large-gap quantum spin Hall insulator
量子自旋霍尔（QSH）效应在自旋电子学和量子计算中有很好的应用前景，但目前只能在超低温下实现。寻找大间隙QSH绝缘子是提高QSH运行温度的关键。使用第一性原理计算，我们证明了稳定的氢化锡烯与哑铃状结构（DB锡烷）具有大的拓扑非平凡的带隙为312 meV（伽马点）和160 meV的散装其特征在于由拓扑不变量Z 2 =1，由于s-pxy带反转。在纳米结构中出现了螺旋形的无带隙边缘态，具有与石墨烯相当的高费米速度。非平凡拓扑态对衬底效应具有鲁棒性。该材料的实现为室温下量子阱效应的应用提供了一种可行的解决方案，有利于高速自旋电子学器件的制备。
2015-05-16 cond-mat.mtrl-sci
Indium Tin Oxide film characterization using the classical Hall effect
我们用经典的霍尔效应来表征氧化铟锡（ITO）薄膜的电特性，通过两种不同的技术生长在二氧化硅衬底上。ITO膜具有独特的性质，即它们可以是导电的（并且例如用于栅电极）以及光学透明的（至少在光谱的可见部分中）。在近红外（NIR）中，透射率通常降低。然而，光吸收原则上可以通过生长更薄的膜来补偿。
2015-03-12 cond-mat.mtrl-sci
Large-gap quantum spin Hall insulators in tin films
寻找大禁带量子自旋霍尔绝缘体和有效的量子自旋霍尔态调谐方法具有重要的理论和实际意义。基于第一性原理计算，我们发现二维锡薄膜是QSH绝缘体与相当大的体积间隙为0.3 eV，足够大的实际应用在室温下。这些QSH状态可以通过化学官能化和外部应变来有效地调谐。该系统中的QSH效应的机制是在Γ点处的带反转，类似于HgTe量子阱的情况。通过磁性元素的表面掺杂，还可以实现量子反常霍尔效应。
2013-08-18 cond-mat.mtrl-sci
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
Unified First-Principles Study of the Anomalous Hall Effect Based on Exact Muffin-Tin Orbitals
基于精确松饼-锡轨道（EMTO），发展了计算电流算符的第一性原理方法，并以体心立方铁中的反常霍尔效应为例，通过引入稀疏杂质，拟合标度律，成功地将斜散射贡献与侧跳和本征贡献分离.通过研究体铁中反常霍尔效应的温度依赖性，我们预测了当仅考虑声子时作为温度的函数的波动的反常霍尔角，这在将来可以通过抑制磁振子激发在实验中测量，例如，通过施加高的外部磁场。
2021-01-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Extraordinary efficient spin-orbit torque switching in (W, Ta)/epitaxial-Co60Fe40/TiN heterostructures
磁性异质结构中的巨自旋霍尔效应以及低自旋记忆损耗和高界面自旋混合电导是实现基于自旋矩的节能逻辑器件的先决条件。我们报道了W（Ta）界面外延-Co_（60）Fe_（40）/TiN结构的巨自旋霍尔角（SHA）为28.67（5.09）。在W（Ta）/Co_（60）Fe_（40）（t_CoFe）/TiN结构中，自旋-轨道转矩翻转电流密度（J_Crit）低至1.82（8.21）MA/cm ~ 2，其起源于外延界面。这些结构还表现出非常低的自旋记忆损失和高自旋混合电导。这些非凡的SHA值以及因此在半导体工业兼容外延材料组合中的超低J_Crit为通过利用外延界面实现节能自旋逻辑器件开辟了新的方向。
2019-10-02 cond-mat.mtrl-sci
Microwave derived monoclinic Ba1-xSnxNb2O6 materials as an alternative of ITO
采用微波合成法制备了新型单斜晶系掺锡铌酸钡陶瓷（Ba 1-xSnxNb 2 O 6; x= 0.0，0.01，0.05，0.1，0.2，0.3）BSN。观察到单斜相形成的强度随着作为掺杂剂的锡的增加而降低，表明结晶度降低。在未掺杂的样品中观察到应变晶相，在掺杂锡时变得严重。单斜金属合金Sn 2 O3的形成被证实增加锡掺杂超过5%。锡（II）的氧化物的电子构型支持本地站点明智的单斜无序晶体结构由于空间活性孤对。这种无序排列增加的简并能态的数量，并减小导带最小值和价带最大值之间的有效能隙。研究了所有BSN组合物的单斜相稳定性、紫外吸收、介电响应、介电模式和载流子浓度类型以及霍尔电阻率。所有的测量结果都具有对应于5原子%锡掺杂的电子，表明成功的位点取代和超过此的估计的Sn 2 O3金属形成。降低光学能带隙，可见光谱的透明度和霍尔电阻率的值表明这些材料作为替代公知的铟锡氧化物（ITO）的透明导电氧化物（TCO）的实用性。
2019-07-27 cond-mat.mtrl-sci
New Family of Quantum Spin Hall Insulators in Two-dimensional Transition-Metal Halide with Large Nontrivial Band Gaps
拓扑绝缘体（TI）由于在绝缘体带隙内具有强的无带隙态，有望实现无耗散输运器件。然而，目前实现的2D TI，量子自旋霍尔（QSH）绝缘体，遭受超高真空和极低的温度。因此，寻找实验制备可行性高、带隙大的量子SH绝缘体对于自旋电子学的广泛应用具有重要意义。基于第一性原理计算，我们预测了过渡金属卤化物MX中一个新的二维QSH绝缘体族（M = Zr，Hf; X = Cl、Br和I）单层，具有0.12 $-$ 0.4 eV的大的非平凡带隙，与铋（111）双层相当（0.2 eV）、锡烯（0.3 eV）和大于ZrTe $_5$（0.1 eV）的单层和石墨烯基夹层异质结构（30 $-$ 70 meV）。它们对应的三维块体材料是由QSH层堆叠而成的弱拓扑绝缘体，并且部分块体化合物已经在实验中合成。该系统中的二维QSH效应源于一种新的d $-$ d带反转，它不同于传统的s $-$ s轨道或p $-$ p轨道之间的带反转.纯层状MX单层的实现可以通过从它们的3D体相剥离来制备，从而为纳米级器件应用带来巨大希望，并刺激对基于过渡金属的QSH材料的进一步努力。
2015-12-14 cond-mat.mtrl-sci
Topological Dirac states beyond $π$ orbitals for silicene on SiC(0001) surface
石墨烯中与狄拉克态相关的有趣性质的发现激发了人们对探索其二维IV族对应物（如硅烯、锗烯和锡烯）的巨大兴趣。然而，这些材料必须通过在具有强界面相互作用的基底上合成来获得，这通常会破坏其固有的$π$（$p_z$）轨道狄拉克态。本文从理论上研究了在4 H-SiC（0001）表面的硅烯中，由$p_{x,y}$轨道而不是$p_z$轨道产生的狄拉克态的存在性，尽管界面相互作用很强，但这些狄拉克态仍然存在.我们还表明，交换场与自旋-轨道耦合一起产生可检测的带隙为1.3毫电子伏。Berry曲率计算表明，这种Dirac态具有非平凡的拓扑性质，其Chern数为$C = 2$，表明硅烯在SiC（0001）上可能实现量子反常霍尔效应.最后，我们构造了一个最小有效模型来捕捉这个系统的低能物理。这一发现也适用于锗烯和锡烯，并在纳米电子学中具有巨大的应用潜力。
2017-10-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Emergence of Ferromagnetism Through the Metal-Insulator Transition in Undoped Indium Tin Oxide Films
我们提出了一个详细的研究出现在低载流子密度样品的未掺杂的氧化铟锡（ITO）的体铁磁性。我们使用退火来增加氧空位的密度并改变样品的形态，而不通过金属绝缘体转变（MIT）引入杂质。我们利用了一种新的和高灵敏度的“Corbino-disk扭矩磁力仪”技术，同时测量连续退火后的相同样品上的磁性的热力学和输运效应。随着样品粒度的增加，载流子密度增加，样品变得更加金属化，并且当电阻接近MIT时出现铁磁性。通过检测磁化滞后、反常霍尔效应（AHE）和滞后磁阻，观察到铁磁性。当接近MIT时，AHE的符号变化可以阐明MIT的弱绝缘侧中杂质带和导带之间的相互作用。
2021-07-30 cond-mat.mtrl-sci
Metal Insulator transition in tin doped indium oxide (ITO) thin films Quantum Correction to the electrical Conductivity
掺锡氧化铟（ITO）薄膜在若干应用中被广泛用作透明导体。本文报道了直流磁控溅射ITO薄膜在低温（25-300 K）下的电输运特性。低温霍尔效应和电阻率测试结果表明，ITO薄膜为中度无序（kfl~1）的简并半导体。载流子在这些无序ITO薄膜中的输运是通过离域态进行的。无序效应导致众所周知的金属-绝缘体转变;在110 K下在ITO薄膜中观察到该转变。的金属绝缘体的行为被解释的量子校正的电导率（QCC），这种方法是基于量子力学干涉效应的无序系统。绝缘行为归因于弱局域化和电子-电子相互作用的综合作用。
2016-10-27 cond-mat.mtrl-sci
Origin of topologically trivial states and topological phase transitions in low-buckled plumbene
结合紧束缚（TB）模型和第一性原理计算，我们研究了铅烯的电子和拓扑性质。与IVA族中的其他二维拓扑非平凡绝缘体（从石墨烯到锡烯）不同，低屈曲铅烯是一种拓扑平凡绝缘体。没有自旋轨道耦合的铅烯同时表现出两种简并性，二次非Dirac和线性Dirac带色散分别在Γ和K/K'点附近。TB模型的计算表明，正是在Γ点和K/K'点附近两个拓扑态之间的耦合触发了铅烯的全局拓扑平凡性质.然而，在引入交换场之后，可以实现陈数为2或-2的量子反常霍尔效应。当铅烯被乙炔基（PbC 2 H）官能化时，由于局域拓扑态的耦合效应被破坏，出现了量子自旋霍尔效应。
2018-10-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Titanium Nitride as a Seed Layer for Heusler Compounds
氮化钛（TiN）具有室温电阻率低、热稳定性好等特点，有望作为磁性隧道结的种子层。生长了具有高质量的TiN薄膜，并通过X射线衍射和四端输运测量对其进行了表征。元素特定的X-射线吸收光谱显示纯TiN的散装。为了研究TiN种子层对铁磁底电极的影响，在TiN缓冲层上分别沉积了面外磁化的Mn 2.45 Ga以及面内和面外磁化的Co 2 FeAl薄膜。利用超导量子干涉仪（SQUID）和反常霍尔效应（AHE）研究了Mn 2. 45 Ga的磁性。利用磁光克尔效应（MOKE）研究了Co2 FeAl的磁性. TiN缓冲的Mn 2.45 Ga薄膜比未缓冲的样品具有更高的介电常数和矩形比。Heusler化合物Co2 FeAl在室温下生长时已经显示出良好的结晶度。
2016-01-28 cond-mat.mtrl-sci
Large-gap quantum anomalous Hall insulator in two-dimensional pentagonal TiN$_8$ monolayer
School of Materials, Shenzhen Campus of Sun Yat-sen University（中山大学深圳校区材料学院）；Guangdong Engineering Technology Research Centre for Advanced Thermal Control Material and System Integration (ATCMSI), Sun Yat-sen University（中山大学广东省先进热控材料与系统集成工程技术研究中心）；Huizhou Research Institute, Sun Yat-sen University（中山大学惠州研究院）；Chair of Solid-State and Quantum Chemistry, Institute of Inorganic Chemistry, RWTH Aachen University（亚琛工业大学无机化学研究所固相与量子化学讲席）
通过第一性原理计算，发现五边形MN$_8$单层（TiN$_8$和MoN$_8$）具有铁磁基态，分别实现陈数为-1和2的量子反常霍尔绝缘体，为磁性拓扑绝缘体提供新平台。
2026-10-01 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Structural, magnetic and electrical properties of sputter deposited Mn-Fe-Ga thin films
我们研究了溅射沉积的Mn-Fe-Ga化合物的结构、磁性和电学性质。Mn-Fe-Ga薄膜的结晶度用X射线衍射进行了确认。利用X射线反射和原子力显微镜测量研究了沉积的Mn-Fe-Ga的表面性质、粗糙度、厚度和密度。取决于化学计量以及所使用的衬底（SrTiO 3（001）和MgO（001））或缓冲层（TiN），Mn-Fe-Ga以立方或四方畸变相结晶。异常的霍尔效应和交变梯度磁强计测量证实了强垂直磁晶各向异性。通过调节组分，实现了低饱和磁化强度和硬磁行为。在闭合循环氦低温恒温器中测量了随温度变化的反常霍尔效应，发现随温度降低（300 K ~ 2 K），反常霍尔效应略有增加。TiN缓冲的Mn2.7Fe0.3Ga揭示了更尖锐的磁化切换相比，无缓冲层。
2016-08-01 cond-mat.mtrl-sci
Prediction of ferroelectricity-driven Berry curvature enabling charge- and spin-controllable photocurrent in tin telluride monolayers
在晶体破碎的固体中，可以出现Berry曲率（BC）的极结构，并且它们已被用作控制输运性质的通用工具。例如，BC的非线性分量是由时间反演对称性破缺引起的，而BC偶极子是由缺乏反演对称性引起的，分别导致反常霍尔效应和非线性霍尔效应。基于第一性原理计算，我们表明，在碲化锡单层的铁电性产生一个独特的BC分布，这提供了电荷和自旋可控的光电流。即使具有相当大的带隙，铁电驱动的BC偶极也可与小带隙拓扑材料的偶极相媲美。通过控制光子旋向和铁电极化，以可控的方式产生电荷和自旋圆形光电流。IV族单硫族化合物单分子膜的铁电性是控制BC偶极和非线性光电响应的有用工具。
2019-09-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Giant spin-to-charge conversion in germanium tin epilayers
本文利用逆自旋霍尔效应测量压应变 GeSn 外延层，发现其自旋-电荷转换随 Sn 浓度非单调变化且自旋霍尔角可媲美 Pt、Ta。
2025-05-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electrically tunable quantum anomalous Hall effect in 5d transition-metal adatoms on graphene
石墨烯的独特性质与自旋极化和磁性相结合，用于设计新的自旋电子概念和器件，这受到原始石墨烯中碳的小库仑相互作用和微小自旋轨道耦合的阻碍。这样的器件概念将利用电子学中广泛可用的电场或拓扑输运机制（例如量子反常霍尔效应）来控制自旋自由度。在这里，我们表明，使用第一性原理方法，5d过渡金属（TM）吸附原子沉积在石墨烯显示显着的磁性。所有考虑TM吸附原子具有显着的自旋矩巨大的磁晶各向异性能量高达50毫电子伏每TM原子。我们发现，沉积的TM原子的磁电响应是非常强的，在某些情况下，甚至提供了可能性，通过一个温和的外部电场切换的自发磁化方向。我们预测在这种类型的杂化材料中可以观察到电可调的量子反常霍尔效应。
2011-08-30 cond-mat.mtrl-sci
Theory of resonant spin Hall effect
本文对垂直磁场中的二维电子或空穴气在外加电场作用下产生饱和自旋霍尔电流的共振自旋霍尔效应作了简要的评述。这种现象归因于自旋轨道耦合和塞曼分裂引起的能级交叉。我们总结了最近的理论发展的影响，在各种系统中，并讨论可能的实验来观察效果。
2007-03-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Reactive sputtering of SnS thin films using sulfur plasma and a metallic tin target: achieving stoichiometry and large grains
本研究提出一种利用硫等离子体和金属锡靶反应溅射制备大晶粒化学计量比SnS薄膜的新方法，规避有毒H2S气体，可在室温和300℃衬底上制备出高性能薄膜，为柔性光伏等应用提供更安全高效的制备路径。
2025-03-21 cond-mat.mtrl-sci
Spin Hall effect in prototype Rashba ferroelectrics GeTe and SnTe
铁电Rashba半导体（FERSC）是近年来新兴的一类自旋电子学材料。自旋和极性自由度之间的特殊耦合导致了一些特殊的性质，包括Rashba自旋织构的铁电切换，这表明电子的自旋可以仅通过使用电场来控制。在这方面，最近的实验研究揭示了两个原型的FERSC，碲化锗和碲化锡的电荷到自旋的相互转换现象，出现非常相关。在这里，我们采用密度泛函理论计算，研究自旋霍尔效应（SHE）在这些材料中，并表明它可以是大的铁电或顺电结构。我们进一步探讨了在半导体中实际实现SHE所需的掺杂与确定FERSC中Rashba相关现象的极性畸变之间的兼容性，但自由载流子可以抑制这种兼容性。基于对这些材料中驱动铁电性的孤对电子的分析，我们发现GeTe中的极性位移可以持续到超过$\sim 10^{21}$ /cm $^{3}$的临界空穴浓度，而SnTe中的微小畸变在最小掺杂水平下消失。最后，我们估计了掺杂结构的自旋霍尔角，并证明了自旋霍尔效应确实可以在极性相中实现。我们相信，自旋霍尔效应、Rashba自旋织构和铁电性共存于一种材料的证实，将有助于设计新型的无磁场工作的多功能自旋电子学器件。
2019-07-09 cond-mat.mtrl-sci
Shubnikov-de Haas and de Haas-van Alphen oscillation in Czochralski grown CoSi single crystal
报道了用提拉法生长的高质量CoSi单晶的各向异性输运、Shubnikov-de Haas（SdH）和de Haas-van Alphen（dHvA）量子振荡研究。温度依赖的折射率表明占主导地位的电子-电子散射。在2K时，I的磁阻（MR）达到610|| [111] B|| [01-1]，而对于I|| [01-1] B|| [111].场依赖性霍尔电阻率的负斜率表明电子是多数载流子。从霍尔电导率提取的载流子浓度表明没有电子空穴补偿。在3D CoSi中，发现电子输运寿命与量子寿命近似处于相同的量级，而在2D电子气中，长程散射驱动输运寿命远大于量子寿命。从线性和霍尔SdH振荡的有效质量和丁格尔温度已计算。dHvA振荡揭示了18（$γ$）、558（$α$）和663 T（$β$）处的三个频率，而SdH振荡仅导致两个频率$α$和$β$。在dHvA振荡中观察到的$γ$频率是在$Γ$点处的小孔袋。
2022-05-12 cond-mat.mtrl-sci
Magnetic freeze-out and anomalous Hall effect in ZrTe$_5$
当磁场将电子气限制在其最低的自旋极化朗道能级时，就达到了超量子极限。在这里，我们表明，在这个限制，电子掺杂的ZrTe $_5$显示金属-绝缘体的转变，其次是在低温下的霍尔和塞贝克效应的符号变化。我们将这种转变归因于电离杂质上的载流子的磁性冻结。载流子密度的降低导致自旋极化电子的反常霍尔响应。这种行为与通常的磁冻结情况不一致，发生在这种狄拉克金属中，因为它的费米能很小，带隙非常窄，$g$因子很大。我们讨论了不同的可能来源（内在的或外在的）这种异常霍尔贡献。
2022-05-04 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Switching of a large anomalous Hall effect between metamagnetic phases of a non-collinear antiferromagnet
反常霍尔效应（AHE）在长程有序铁磁体中表现为横向于电流的电压，并且通常与磁化强度成比例，通常认为反铁磁体中的尺寸可以忽略不计，这是由于它们的低均匀磁化。然而，最近的实验和理论表明，某些反铁磁体与非共线的安排的磁矩表现出相当大的自发AHE在零场由于非零Berry曲率所产生的量子力学相位的电子的波函数。在这里，我们表明，反铁磁Mn5Si3单晶exibit一个大的AHE，这是强烈的各向异性，并显示多个转变与符号的变化，在不同的磁场由于场诱导的磁结构的重排，尽管只有微小的变化的总磁化强度。多个非共线磁相的存在为探索AHE的细节和霍尔效应对磁织构细节的敏感性提供了独特的可能性。
2016-09-16 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Ab initio theory of the spin-dependent conductivity tensor and the spin Hall effect in random alloys
我们提出了一个扩展的相对论电子输运理论的标准（电荷）的随机合金的电导率张量的紧束缚线性松饼-锡轨道方法的所谓的自旋相关的电导率张量，它描述了Kubo的线性响应的自旋电流外部电场。该方法是基于有效的电荷和自旋电流运营商，对应于intersite电子输运和nonrandom，这简化了配置平均的相干势近似的装置。特别注意的是费米海项的自旋相关的电导率张量，其中包含一个非零的非相干部分，在标准的电导率张量。所开发的形式主义适用于自旋霍尔效应在二元无规doppler合金，无论是在模型水平上，并为Pt基合金的面心立方结构。我们表明，自旋霍尔电导率由三个贡献（一个内在的和两个外在的）表现出不同的浓度依赖性在稀释极限的合金。所选的Pt合金（Pt-Re，Pt-Ta）的结果导致自旋霍尔角约0.2，这些相当大的值得到的组合物，属于热力学平衡相。因此，这些合金可以被认为是用于有效电荷到自旋转换的其它系统的替代物，所述其它系统通常是亚稳晶体或金属玻璃。
2019-11-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electronic transport properties of titanium nitride grown by molecular beam epitaxy
本研究探究MBE生长TiN薄膜的电子输运特性，通过调控生长温度获得高RRR的TiN薄膜，结合实验与第一性原理计算揭示其电子结构及超导相干性提升，为氮化物基超导材料在量子计算中的应用提供基础。
2025-04-15 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Low-energy effective Hamiltonian involving spin-orbit coupling in Silicene and Two-Dimensional Germanium and Tin
从对称性和紧束缚方法出发，结合第一性原理计算，系统地推导了硅烯的低能自旋轨道耦合有效哈密顿量，该哈密顿量不仅适用于硅烯本身，而且适用于其他IVA族元素Ge和Sn的低屈曲对应物石墨烯，以及当结构返回到平面几何形状时的石墨烯。有效哈密顿量是第一石墨烯量子自旋霍尔效应（QSHE）哈密顿量的类似物。类似于石墨烯模型，低屈曲几何中的有效SOC在Dirac点处打开了一个缺口，并建立了QSHE。有效SOC实际上包含原子本征SOC强度$ξ_{0}$中的第一级，而在平面结构中SOC的这种主导级贡献消失。因此，硅烯以及其他IVA族元素Ge和Sn的石墨烯的低屈曲对应物由于低屈曲几何形状和较大的原子固有SOC强度而在狄拉克点处具有比石墨烯大得多的由有效SOC打开的间隙。此外，结构越弯曲，间隙越大。因此，QSHE可以观察到在低屈曲的Si，Ge和Sn系统在实验上可访问的温度制度。此外，硅烯中的Rashba SOC是内禀的，这是由于其自身的低屈曲几何结构，在$K$点处Rashba SOC为零，而在$\vec{k}$点处Rashba SOC为非零值.因此，硅烯中的QSHE相对于固有Rashba SOC是稳健的。
2011-08-15 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Large Rashba Spin-Orbit Coupling and High-Temperature Quantum Anomalous Hall Effect in Re-Intercalated Graphene/CrI$_3$ Heterostructure
本文通过理论计算证明Re插层石墨烯/CrI₃异质结可诱导大Rashba自旋轨道耦合并打开能隙，实现高温量子反常霍尔效应，为石墨烯基低功耗电子器件应用奠定基础。
2022-03-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Topological Hall effect at above room temperature in heterostructures composed of a magnetic insulator and a heavy metal
非易失性存储器和计算技术依赖于对不会磨损的超微小信息载体的有效读取和写入。磁skyrmions正在成为一个潜在的载体，因为它们是拓扑鲁棒的纳米级自旋纹理，可以用超低电流密度操纵。迄今为止，大多数的skyrmions报告在金属薄膜，遭受额外的欧姆损耗，因此高能量耗散。因此，磁绝缘体中的skyrmions由于其低阻尼和没有欧姆损耗而对于低功率信息处理应用具有技术重要性。此外，它们吸引了研究各种磁振子-skyrmion相互作用的基本兴趣11。Skyrmions已被观察到在一个绝缘材料Cu 2 OSeO 3在低温下，在那里他们是稳定的散装Dzyaloshinskiiii-Moriya相互作用。在这里，我们报告了在磁性绝缘体/重金属异质结构中在室温以上存活的磁性skyrmions的观察，即，钍铁石榴石/铂。这些skyrmions的存在是由于界面处的Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用引起的，并由涌现拓扑霍尔效应确定。通过改变温度来调节磁各向异性，我们在一个大的外磁场窗口中观察到skyrmions，并增强了skyrmions在易平面各向异性区域的稳定性。我们的研究结果将有助于创造一个新的平台，绝缘skyrmion为基础的室温低耗散自旋电子应用。
2019-04-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Pulsed laser deposition of single phase n- and p-type Cu2O thin films with low resistivity
在25 - 200 ℃温度下，通过改变背景氧分压（O2 pp），用脉冲激光沉积法生长了n型和p型相可调的低电阻率纯Cu_2O薄膜。通过电化学阻抗谱获得的电容数据被用来确定的导电性（n-或p-型），载流子密度，和平坦带电位的样品生长在氧化铟锡（ITO）在25 ℃。在石英衬底上生长的n型和p型Cu_2O的霍尔迁移率分别为~0.85 cm~2.V~（-1）s~（-1）和~4.78 cm~2.V~（-1）s~（-1）。升高的衬底温度~200 ℃，O2pp = 2 - 3 mTorr，产生p型Cu2O膜，其具有在~9 - 49范围内的高六个数量级的介电常数和在~13.5 - 22.2 cm2.V-1s-1范围内的迁移率。UV-Vis-NIR漫反射光谱表明，在1.76至2.15 eV的范围内取决于O2pp的Cu2O膜的光学带隙。在富氧条件下生长的薄膜O2pp> 7 mTorr产生混合相氧化铜，与衬底温度无关，并且在550 ℃下空气退火1小时后完全转化为具有n型半导体性质的CuO相（~12 www.example.com，~1.50 cm 2.V-1s-1）。生长的p-和n-型CuO分别与n-ZnO和p-Si电极在固体结中表现出整流和光伏（PV）响应。我们的研究结果可能会创造新的机会，设计Cu2O基结需要低的工艺温度。
2020-05-29 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.chem-ph
