Magnetic field induced valley-polarized quantum anomalous Hall effects in ferromagnetic van der Waals heterostructures

凝聚态物理 铁磁性 物理 范德瓦尔斯力 磁场 异质结 量子霍尔效应 量子力学 分子
作者
Fangyang Zhan,Baobing Zheng,Xiaoliang Xiao,Jing Fan,Xiaozhi Wu,Rui Wang
出处
期刊:Physical review [American Physical Society]
卷期号:105 (3) 被引量:15
标识
DOI:10.1103/physrevb.105.035131
摘要

The valley-polarized quantum anomalous Hall effect (VQAHE) attracts intensive interest since it uniquely combines valleytronics and spintronics with nontrivial band topology. Here, based on first-principles calculations and the Wannier-function-based tight-binding model, we reveal that valley-based Hall effects and especially the VQAHE induced by external magnetic fields can occur in two-dimensional (2D) ferromagnetic van der Waals heterostructures (vdWHs). The results show that valley splitting derived from the Zeeman exchange energy drives these vdWHs generating the valley anomalous Hall effect and then the VQAHE. The chiral edge states and quantized Hall conductance are utilized to confirm the presence of VQAHE. Besides, it is also found that applying external electric fields (or tuning interlayer distances) can facilitate the realization of VQAHE, and thus we present a phase diagram in a broad parameter regime of magnetic fields and electric fields (or interlayer distances). Our work not only offers a class of ferromagnetic vdWHs to realize various valley-based Hall phases, but also can guide advancements for designing topological devices with spin-valley filtering effects based on the VQAHE.

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