二维半金属VSe2/VN异质结构中应变可调的自旋过滤与谷分裂共存异常霍尔效应:迈向统一的Spintronic-Valleytronic平台

能谷电子学与自旋电子学的快速发展受限于同时具备稳定能谷分裂与强自旋选择性的二维材料稀缺。该研究团队通过构建由六方相VSe2与六方相VN组成的范德瓦尔斯异质结构(VSe2/VN),成功填补了这一空白。结合第一性原理密度泛函理论计算、声子谱与分子动力学稳定性测试、巴德电荷分析以及基于Wannier函数的贝里曲率计算,该团队证实该异质结构具有能量稳定性与动力学稳定性,并表现出层间电荷转移特性,其功函数介于两组分单层材料之间。电子结构分析显示:PBE泛函计算得到108.9 meV的小间接带隙,HSE06杂化泛函则呈现半金属化倾向;导带存在显著能谷分裂(自旋向上通道ΔCKK'=22.9 meV,自旋向下通道ΔCKK'=61.3 meV);自旋不对称性显著——自旋向下通道具有0.64 eV的宽半导体带隙,而自旋向上通道几乎无带隙。这些特性使其在零应变条件下即可实现75.4%的高效自旋过滤效率(P值),在+4%双轴拉伸应变下可调至82.5%。该异质结构还表现出非零的能谷对比贝里曲率与巨大反常霍尔电导率(峰值σxy=568.33 S/cm)。关键的是,平均场理论估算表明其铁磁居里温度在零应变时接近室温(Tc=284.04 K),+4%应变时降至183.9 K,且磁有序态在低温条件下仍保持稳定,这为平衡器件工作温度下的自旋过滤性能与热稳定性提供了有效调控手段。这些发现确立了VSe2/VN作为可应变调控的多功能平台,在集成化能谷电子/自旋电子器件开发及反常霍尔效应/能谷相关输运现象探索方面具有重要应用前景。

作者单位: VIP可见
提交arXiv: 2025-11-08 16:43

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