纳米自旋电子材料与器件团队
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研究生王亚萍在二维有机纳米材料的反常霍尔效应方面取得新进展,并在Applied Physics Letters期刊上在线发表学术论文

量子反常霍尔模型首先是由Haldane在二维六角晶格中提出来的,自旋轨道耦合和铁磁序实现其本征的量子反常霍尔效用。随后,量子反常霍尔相提出的主要材料是基于石墨烯和硅烯掺杂外部金属原子的结构。但是这些二维磁性蜂窝状晶格在自然界中是很少存在的,并且由于结构的复杂性而很难控制。金属有机框架的Kagome晶格与蜂窝状几何结构很类似,引起了很多针对正在解决的有机或无机电子器件的研究兴趣。与无机材料相比,二维有机金属框架的潜在优势是低成本、易制造、机械灵活性比较高等等。

在这篇文章中,基于从头算密度泛函理论和紧束缚模型,我们研究了一个新的Kagome晶格,合成的有机金属框架Mn-DCA,探究他的电子性质和拓扑性质。考虑到半满的Mn原子的价电子结构是3d54s2,我们期待他能够实现强自旋极化的量子反常霍尔效用。计算陈数、量子霍尔电导和体态有自旋轨道耦合带隙的无带隙手性边缘态可以证明Mn-DCA晶格的拓扑性质。显然,这里的量子反常霍尔相是本征的,费米面坐落在拓扑带隙之间,不需要额外的空穴或电子来调谐。这些发现表明,Mn-DCA晶格可以促进量子反常霍尔相的实验进展以及在自旋电子学器件的实际应用。

此项工作在张昌文教授的指导下,由王亚萍同学完成,发表在Applied Physics Letters 上。本课题并获得国家自然科学基金重点和面上项目(No.11434006, 61571210)的资助。

Citation: Appl. Phys. Lett. 110, 233107 (2017);doi: 10.1063/1.4985144