Nature子刊：铁谷材料及其反常霍尔效应

【引言】

【成果简介】

最近，来自华东师范大学的段纯刚教授（通讯作者）等人发现了多铁体材料中的新成员——铁谷体，并对其在信息存储领域的应用以及反常霍尔效应方面的性质进行了深入的研究，其研究成果以“Concepts of ferrovalley material and anomalous valley Hall effect”为题发表在2016年12月16日的Nture Communications上。

文中结合k.p模型和第一性原理计算研究了2H相的单层VSe₂材料，结果表明，其中同时存在着电子自旋耦合和内秉交换作用，并且，2H相的单层VSe₂是一种室温的铁谷材料。此外，实验还进步预测此系统可以证明诸如手性依赖的光禁带和反常霍尔效应等现象。文章最后还展望了其在非易失性随机存储器和谷过滤器方面的应用。

【图文导读】

图1 2H相的单层材料中K 和K-处的能带结构

（a）无自旋轨道耦合（SOC）效应

（b）有自旋轨道耦合（SOC）效应

（c）自旋轨道耦合（SOC）效应和正交换场共同作用

图2 单层的2H相VSe₂的能带结构

（a）有SOC效应无铁磁性

（b）有磁矩无SOC效应

（c）既有磁矩又有SOC效应

（d）既有磁矩（无相反磁矩）又有SOC效应

图3 单层VSe₂介电函数的虚部

（a）在正磁矩作用下

（b）在相反磁矩作用下

图4 单层的2H相VSe2内的能带比较及其贝里曲率

（a）分别由k.p模型和第一性原理得到的能带比较

（b）k空间的贝里曲率等高线

（c）k点得到的贝里曲率总和及其对正谷极化的空间反演

（d）k点得到的贝里曲率总和及其对负谷极化的空间反演

图5 基于空穴掺杂的铁谷材料在反常霍尔效应作用下的信息存储图

图中“ ”标注的载流子为空穴，红色向上和蓝色向下的箭头分别代表自旋向上和自旋向下的载流子

【小结】

本文研究了以2H相VSe₂为代表的单层过渡金属硫族化物的自发自旋极化性质，提出了铁谷体的新概念，扩充了多铁体材料的种类，并对其基于反常霍尔效应的存储特性进行了研究，指出了其作为未来非易失性存储材料的应用前景，为存储工业未来的发展提供了新的可能。