凝聚态物理 > 材料科学
[提交于 2024年11月6日
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标题: 手性电荷密度波的预测性第一性原理框架
标题: A Predictive First-Principles Framework of Chiral Charge Density Waves
摘要: 实现和调节手性在物理学、化学和材料科学中是基础性的。手性电荷密度波(CDW),其中手性来源于关联的电荷序,由于其奇特的输运和光学性质而受到广泛关注。然而,缺乏一个预测手性CDW材料的通用框架,主要是因为其基本机制仍不明确。在此,我们通过开发第一个全面的预测框架来解决这一挑战,系统地通过第一性原理计算识别手性CDW材料。关键在于之前被忽视的层间CDW Q矢量的相位差,这与不同层之间的相反集体原子位移有关。这种相位差导致Q矢量的螺旋排列,最终在实空间中产生手性结构。我们通过将该框架应用于kagome晶格AV$_{3}$Sb$_{5}$ (A = K, Rb, Cs),成功预测了出现的结构手性。为了展示我们方法的普遍性,我们将它扩展到预测三角晶格NbSe$_{2}$中的手性CDW。除了材料预测外,我们的理论揭示了手性CDW材料中一种普遍且前所未有的霍尔效应,这种效应在没有外部磁场或固有磁化的情况下发生。我们在CsV$_{3}$Sb$_{5}$上的实验验证了这一预测,观察到一个独特的特征,即当输入电流反转时,霍尔电导率的符号会发生反转,这是一种不同于已知霍尔效应的现象。我们的研究结果阐明了手性CDW的机制,并为发现具有非常规量子特性的材料开辟了新途径,有望应用于下一代电子和自旋电子器件。
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