JPCM编辑优选：超宽禁带二维铁谷材料H-FeCl2中的强激子效应
文章介绍
- 黄宗玉，湘潭大学物理与光电工程学院
- 彭向阳，湘潭大学物理与光电工程学院
研究背景：
能谷是电子的新自由度，它与电荷和自旋自由度耦合，为信息编码提供了新途径，能谷自发极化在编码中起关键作用，但传统能谷材料不具备此性质。二维铁谷材料通过磁性打破时间反演对称，可实现能谷自发极化。过渡金属卤族化合物是新型的铁谷材料，是当前研究热点。过渡金属具有强电子关联、强多体效应，而且二维材料比块体具有更强的激子效应。但普通密度泛函理论无法精确计算带隙和光学性质，需要运用更高阶的HSE、GW和BSE计算方法。目前只对非磁性能谷材料的激子效应有详细研究，但对铁谷材料激子性质的研究还很少。本文将以H-FeCl2为代表，对二维过渡金属卤族化合物进行研究，考虑电子强关联、多体效应和电子空穴相互作用的影响。
研究内容：
单层H相FeCl2是最近发现的一种具有面外磁矩的二维铁谷材料，具有热力学和动力学稳定性。本论文针对单层H-FeCl2，基于HSE06考虑强电子交换关联，发现能谷处轨道贡献与PBE相比发生翻转且带隙明显增大，GW方法考虑多体效应后带隙进一步增大，达到4 eV。考虑自旋轨道耦合后在K和-K处产生约97 meV的能谷极化，且在这两个不等价能谷处具有数值相反、大小不等的贝里曲率，因此存在反常谷霍尔效应。二维材料中一般存在比块体材料更强的激子效应，本文基于BSE考虑激子效应后发现激子峰对应的能量远小于带隙，即存在强激子效应。更有趣的是，自旋轨道耦合还会使其激子峰发生劈裂，劈裂后的两个峰分别对应K和-K能谷，而且两个不等价能谷处的激子结合能不再相等。二维铁谷材料的自旋磁矩可以通过外加磁场方向进行调控，从而调控能谷极化，本文发现的铁谷材料激子峰劈裂现象将为实验研究提供重要的研究思路，可通过观察激子峰劈裂现象证实磁场对谷极化的调控。
作者介绍
黄宗玉 教授
湘潭大学
- 黄宗玉，博士，教授，博士生导师。以第1完成人获湖南省自然科学三等奖1项，参与完成湖南省自然科学奖二等奖1项、湖南省高等教育教学成果奖三等奖2项，担任湖南省量子科技学会常务理事、湖南省物理学会理事，湘潭市高层次人才。主要从事低维功能材料的设计构筑、物性调控及应用基础方面研究。作为主编组织撰写英文学术专著1部、参与英文专著章节撰写1部，申请国家发明专利1项，以第一或通讯作者在Phys. Rev. B, Adv. Energy Mater., Nano Today等期刊发表SCI学术论文40余篇，ESI高被引论文4篇，累计被Nature Catalysts等刊物引用4400余次，h因子 39。
彭向阳 教授
湘潭大学
- 彭向阳，博士，教授，博士生导师，湖南省物理学会常务理事，湖南省芙蓉学者特聘教授。主要从事计算凝聚态物理研究，研究方向包括量子输运、能谷电子学、电荷密度波、拓扑绝缘体、稀磁半导体以及半导体表面的吸附和再构。主持国家自然科学基金2项、国家863项目1项、湖南省教育厅重点项目1项。至今已在国际知名期刊(Nano Lett.、Phys. Rev. B和Appl. Phys. Lett.等)上发表SCI文章50余篇，文章被Nature Physics、Physical Review Letters和Advances in Physics等期刊引用，多次在国际国内会议上做邀请报告。
期刊介绍
- 2024年影响因子：2.6 Citescore: 4.6
- Journal of Physics: Condensed Matter (JPCM)为读者提供凝聚态物理、软物质、纳米科学和生物物理各领域的最新研究成果。JPCM发表实验/理论分析和模拟研究，读者可以获取涉及下列领域的专题综述、快报和特刊：表面、界面和原子尺度的科学，液体、软物质和生物物理，纳米材料和纳米电子，固体结构的晶格动力，电子结构，超导体和金属、半导体，电介质和铁电，以及磁学与磁性材料。