計算力學的新理論與新方法背景（劉奇航組純計算NC:）

2023-10-14 01:21:31 3

第一作者：李嘉裕，姚秋石，武琳

通訊作者：劉奇航, 萬賢綱

通訊單位：南方科技大學, 南京大學

自旋軌道耦合(SOC)是許多凝聚態物質現象的核心，如非線性帶隙和磁晶各向異性，通常被認為只在重元素中是可觀的。這對功能材料的合成和應用是不利的。因此，在輕元素中放大SOC效應是至關重要的。最近，南方科技大學劉奇航和南京大學萬賢綱等人在「Nat. Commun."發表題為「Designing light-element materials with large effective spin-orbit coupling」的研究論文。在此，他們以3d和4d體系為重點，證明了晶體對稱性和電子關聯性之間的相互作用可以在某些部分佔據的軌道多重態中顯著增強SOC效應，這是通過自洽強化的軌道極化作為關鍵點來實現的。因此，他們提供了設計原則和綜合資料庫，其中他們列出了所有二維(2D)和三維晶體中可能具有增強SOC效應的所有Wyckoff位置和位點對稱性。此外，他們從選定的二維材料庫中預測了9種候選材料，作為高溫量子反常霍爾絕緣體，具有數百兆電子伏的大非線性帶隙。他們的研究為預測有前途的SOC活性材料提供了一個有效和直接的方法，緩解了下一代自旋軌道電子材料和器件對重元素的使用。

圖1： 通過關聯效應提高有效SOC的示意圖

圖2：具有增強SOC效應的2D材料的設計流程

圖3：Fe2X2 (X = S, Se) 單層。a 蜂窩狀晶格的簡圖。b, c 沒有自旋-軌道耦合的Fe2S2晶體的能帶結構，U = 3 eV，用顏色映射{dxz,dyz}軌道上的投影。e 在DFT計算中，SOC gap和電場誘導的gap的隨著U的演變。

原文連結：

https://www.nature.com/articles/s41467-022-28534-y

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https://www.sustech.edu.cn/zh/faculties/liuqihang.html

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