Strain-induced half-valley metals and topological phase transitions in MBr2 monolayers (M=Ru,Os)

Valleytronics公司 自旋电子学 物理 凝聚态物理 电荷(物理) 相变 结晶学 铁磁性 量子力学 化学
作者
H. Huan,Yang Xue,Bao Zhao,Guanyi Gao,Hairui Bao,Zhongqin Yang
出处
期刊:Physical review [American Physical Society]
卷期号:104 (16) 被引量:98
标识
DOI:10.1103/physrevb.104.165427
摘要

The target of valleytronics developments is to manipulate the valley degree of freedom and utilize it in microelectronics as charge and spin degrees of freedom. Based on first-principles calculations, we demonstrate that $M{\mathrm{Br}}_{2}$ $(M=\mathrm{Ru},\phantom{\rule{4pt}{0ex}}\mathrm{Os})$ monolayers are intrinsically ferrovalley materials with large valley polarization up to 530 meV. Compressive strain can induce phase transitions in the materials from ferrovalley insulators to complete valley-polarized metals, called half-valley metals, in analogy to the concept of half metals in spintronics. With the increase of the strain, the materials become Chern insulators, whose edge states are chiral-spin-valley locking. The phase transition is caused by sequent band inversions of the ${d}_{xy}/{d}_{{x}^{2}\ensuremath{-}{y}^{2}}$ and ${d}_{{z}^{2}}$ orbitals at $K\ensuremath{-}$ and $K+$ valleys, analyzed based on a strained $\mathbit{k}\ifmmode\cdot\else\textperiodcentered\fi{}\mathbit{p}$ model. Our work provides a pathway for carrying out low-dissipation electronics devices with complete spin and valley polarizations.
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