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凝聚态物理 > 中尺度与纳米尺度物理

arXiv:2411.19221 (cond-mat)
[提交于 2024年11月28日 (v1) ,最后修订 2025年4月22日 (此版本, v2)]

标题: 二维Janus$1T^{'}$ $MXX'$ ($M$ = Mo, W; $X\neq X'$= S, Se, Te) 中具有倾斜持续自旋纹理的各向异性自旋分裂态,由表面合金化控制

标题: Anisotropic spin-split states with canted persistent spin textures in two-dimensional Janus $1T^{'}$ $MXX'$ ($M$ = Mo, W; $X\neq X'$= S, Se, Te) controlled by surface alloying

Authors:Moh. Adhib Ulil Absor, Muhammad Arifin, Iman Santoso, Harsojo
摘要: 基于二维钨的过渡金属二硫属化物(TMDCs),$MX_{2}$($M$:W,Mo;$X$:S,Se,Te)单层(MLs)具有$1T'$结构,作为重要的带隙量子自旋霍尔绝缘体。 然而,由于这些晶体的中心对称性质,自旋简并在整个电子能带结构中仍然存在,限制了它们在自旋电子学应用中的潜力。 通过将TMDCs ML表面的硫属元素($X$)原子进行修改,以创建高度稳定的Janus$MXX'$ML结构,我们通过密度泛函理论计算证明,可以实现电子态的显著自旋分裂。 以Janus$1T'$WSTe ML为例,我们识别出明显的各向异性自旋分裂能带,最大自旋分裂分别出现在最高占据态和最低未占据态,分别为0.14 eV和0.10 eV。 这些显著的能带分裂导致自旋极化中出现倾斜的持续自旋纹理(PST),这与通常研究的PST材料中的情况有显著不同。 我们证明,这种复杂的自旋分裂和独特的自旋纹理源于钨 (W) 与硫属元素原子 (Te 和 Se) 之间的强面内$p-d$轨道相互作用,这是由晶体点群的对称性降低所驱动的。 进一步分析使用了从对称性考虑中得出的$\vec{k}\cdot\vec{p}$模型,证实了观察到的各向异性自旋分裂和倾斜 PST 的起源。 自旋分裂状态对由于表面合金化效应引起的表面缺陷非常敏感,例如单层表面上硫属元素组成的波动。 这些发现强调了 Janus$1T'$ $MXX'$ 单层作为下一代自旋电子器件的有前途候选者的潜力。
摘要: Two-dimensional tungsten-based transition metal dichalcogenides (TMDCs), $MX_{2}$ ($M$: W, Mo; $X$: S, Se, Te) monolayers (MLs) with a $1T'$ structure, serve as significant-gap quantum spin Hall insulators. However, due to the centrosymmetric nature of these crystals, spin degeneracy persists throughout their electronic band structures, limiting their potential for spintronic applications. By modifying the chalcogen ($X$) atoms in the TMDCs ML surface to create a higly stable Janus $MXX'$ MLs structure, we demonstrate through density-functional theory calculations that substantial spin splitting of the electronic states can be achieved. Taking the Janus $1T'$ WSTe ML as a representative case, we identify pronounced anisotropic spin-splitting bands, with maximum spin splittings of 0.14 eV and 0.10 eV occurring at the highest occupied states and lowest unoccupied states, respectively. These significant band splittings give rise to canted persistent spin textures (PST) in the spin polarization, which differ significantly from those in commonly studied PST materials. We demonstrate that this intricate spin splitting and unique spin textures stem from strong in-plane $p-d$ orbital interactions between tungsten (W) and the chalcogen atoms (Te and Se), driven by the reduced symmetry of the crystal's point group. Further analysis using a $\vec{k}\cdot\vec{p}$ model derived from symmetry considerations corroborates the origins of the observed anisotropic spin splitting and canted PST. the spin-split states are highly sensitive to surface imperfections caused by surface alloying effects, such as variations in the chalcogen composition on the monolayer surface. These findings underscore the potential of Janus $1T'$ $MXX'$ MLs as promising candidates for next-generation spintronic devices.
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主题: 中尺度与纳米尺度物理 (cond-mat.mes-hall)
引用方式: arXiv:2411.19221 [cond-mat.mes-hall]
  (或者 arXiv:2411.19221v2 [cond-mat.mes-hall] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2411.19221
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

提交历史

来自: Moh. Adhib Ulil Absor [查看电子邮件]
[v1] 星期四, 2024 年 11 月 28 日 15:44:02 UTC (1,021 KB)
[v2] 星期二, 2025 年 4 月 22 日 15:30:53 UTC (18,437 KB)
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