Enhanced Berry Curvature Dipole and Persistent Spin Texture in the Bi(110) Monolayer

Berry连接和曲率 凝聚态物理 单层 异质结 密度泛函理论 材料科学 光电发射光谱学 偶极子 电子结构 扫描隧道显微镜 光谱学 化学 物理 纳米技术 计算化学 几何相位 谱线 量子力学 有机化学
作者
Kyung‐Hwan Jin,Eunseok Oh,Roland Stania,Feng Liu,Han Woong Yeom
出处
期刊:Nano Letters [American Chemical Society]
卷期号:21 (22): 9468-9475 被引量:33
标识
DOI:10.1021/acs.nanolett.1c02811
摘要

Nonvanishing Berry curvature dipole (BCD) and persistent spin texture (PST) are intriguing physical manifestations of electronic states in noncentrosymmetric 2D materials. The former induces a nonlinear Hall conductivity while the latter offers a coherent spin current. Based on density-functional-theory (DFT) calculations, we demonstrate the coexistence of both phenomena in a Bi(110) monolayer with a distorted phosphorene structure. Both effects are concurrently enhanced due to the strong spin-orbit coupling of Bi while the structural distortion creates internal in-plane ferroelectricity with inversion asymmetry. We further succeed in fabricating a Bi(110) monolayer in the desired phosphorene structure on the NbSe2 substrate. Detailed atomic and electronic structures of the Bi(110)/NbSe2 heterostructure are characterized by scanning tunneling microscopy/spectroscopy and angle-resolved-photoemission spectroscopy. These results are consistent with DFT calculations which indicate the large BCD and PST are retained. Our results suggest the Bi(110)/NbSe2 heterostructure as a promising platform to exploit nonlinear Hall and coherent spin transport properties together.
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