在高磁场存在的情况下,由于提升带简并,量子霍尔系统通常同时具有偶数和奇数整数量子化态。对这些量子化态的选择性控制仍极具挑战性,但对于理解奇异基态和操纵自旋纹理至关重要。近日,北京大学彭海琳、南京大学袁洪涛、魏茨曼科学研究所Yan Binghai报道了Bi2O2Se薄膜中的量子霍尔效应。
本文要点:
1) 在高达50T的磁场中,作者只观察到偶数整数量子霍尔态,但没有奇数整数态的迹象。然而,当将外延Bi2O2Se薄膜的厚度减小到一个晶胞时,作者在SrTiO3上生长的Janus(不对称)薄膜中观察到奇数和偶数整数态。
2) 通过基于Bi2O2Se薄膜从头计算能带结构的Rashba双层模型,作者将较厚薄膜中唯一的偶数整数态归因于隐藏Rasbha效应,其中[Bi2O2]2+层中的局部反转对称性断裂产生相反的Rashba-自旋极化,它们相互补偿。在SrTiO3上生长的单晶胞Bi2O2Se薄膜中,顶面和底面界面引入的不对称性诱导了净极性场。
Jingyue Wang et.al Even-integer quantum Hall effect in an oxide caused by a hidden Rashba effect Nature Nanotechnology 2024
DOI: 10.1038/s41565-024-01732-z
https://doi.org/10.1038/s41565-024-01732-z