浙江大學&中南大學Nature:揭秘黑砷中自旋軌道耦合與斯塔克效應的協同作用

【引言】

當自旋軌道耦合（SOC）與庫侖相互作用、拓撲結構和外部調制力動態相互作用時，非中心對稱二維電子系統中可能會出現令人興奮的現象。當耦合通過量子約束的原子精度控制和電場的外部調制、電荷摻雜和/或范德韋爾斯(vdW)異質結構進行調諧時，vdW晶體的出現為探索二維極限中的SOC物理提供了前所未有的機會。

今日，浙江大學鄭毅研究員，許祝安教授聯合中南大學夏慶林副教授（共同通訊作者）報道了中心對稱的幾層黑砷中SOC和斯塔克（Stark）效應之間的協同效應，表現為粒子-孔不對稱的拉什巴（Rashba）效應和由靜電門控可逆控制的量子霍爾態。這些不尋常的缺陷源于黑砷的彎曲正方形晶格，其中4p軌道形成一個具有P_z對稱的以布里淵區為中心的Γ谷，在X點的時間恢復不變動量附近與P_x起源的D谷共存。當垂直電場破壞了結構反轉對稱時，P_x帶激活強拉什巴SOC，產生自旋谷有利的D^±谷，而Γ谷的拉什巴分裂受到P_z對稱的限制。有趣的是，巨大的斯塔克效應表現出相同的P_x軌道選擇性。這種協調能夠實現對二維空穴氣體的可調的拉什巴谷，特征在于量子霍爾態依賴的朗道能級的形成，量子霍爾態中非常規的躍遷奇偶性問題。相關研究成果以“Rashba valleys and quantum Hall states in few-layer black arsenic”為題發表在Nature上。

【圖文導讀】

圖一、Rashba和Stark效應的協同作用

圖二、BAs?2DHG和2DEG中的SdHOs和QHS轉換

圖三、Rashba谷形成的量子霍爾特征

圖四、BAs?2DHG和2DEG的Rashba拓撲結構

文獻鏈接：“Rashba valleys and quantum Hall states in few-layer black arsenic”(Nature，2021，10.1038/s41586-021-03449-8)

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