谷电子学利用电子在动量空间中能谷的自由度作为信息载体，被认为是继电荷和自旋之后的新型电子学方向。现有研究主要集中在铁磁材料中通过打破时间反演对称性实现能谷极化，但铁磁材料易受外部磁场干扰且存储密度有限。相比之下，反铁磁材料具有零净磁矩、抗磁扰动性强、超高存储密度和超快响应速度等优势，但其空间反演与时间反演联合对称性往往抑制能谷极化与反常谷霍尔效应。因此，如何在反铁磁材料中实现可控的能谷极化成为重要挑战。近日，我院2023级物理学硕士研究生王一丁在反铁磁材料中谷极化研究方面取得新进展，相关成果以“Multifield tunable valley splitting and anomalous valley Hall effect in two-dimensional antiferromagnetic MnBr”为题在发表在国际著名期刊Physical Review B，该论文以吉首大学为第一单位，王一丁为论文第一作者，学院兼职导师铜仁学院佘彦超教授，张蔚曦教授和西安交通大学李平副教授为共同通讯作者。
该工作预测单层反铁磁材料MnBr具有自发谷极化特性。通过有效哈密顿量分析，其价带顶在K和K′点处的谷劈裂为21.55 meV，源于Mn的d轨道贡献。值得注意的是，尽管单层MnBr在整个动量空间中贝里曲率为零，但其自旋层锁定的贝里曲率非零，为反常谷霍尔效应提供了条件。此外，谷劈裂的大小可通过应变、磁化方向旋转、外电场以及内置电场显著调控。外电场和内置电场通过打破空间反演对称性诱导自旋分裂，从而实现自旋层锁定的反常谷霍尔效应。更突出的是，铁电衬底Sc₂CO₂可调控MnBr从金属态转变为谷极化半导体。这些发现不仅拓展了反常谷霍尔效应的实现途径，还为设计低功耗、非易失性谷电子器件提供了新平台。
论文链接：https://doi.org/10.1103/PhysRevB.111.085432
图1. 单层MnBr的贝里曲率分布：(a) 自旋向上和(c) 自旋向下在整个布里渊区范围内的贝里曲率；(b) 沿高对称线的贝里曲率（红色和蓝色线分别表示自旋向上和自旋向下的贝里曲率）；(d) 谷层自旋霍尔效应示意图（"+"符号表示空穴，向上和向下箭头分别对应自旋向上与自旋向下的载流子）。
（审核责任人：伍建华）
