计算力学的新理论与新方法背景（刘奇航组纯计算NC:）

第一作者：李嘉裕，姚秋石，武琳

通讯作者：刘奇航, 万贤纲

通讯单位：南方科技大学, 南京大学

自旋轨道耦合(SOC)是许多凝聚态物质现象的核心，如非线性带隙和磁晶各向异性，通常被认为只在重元素中是可观的。这对功能材料的合成和应用是不利的。因此，在轻元素中放大SOC效应是至关重要的。最近，南方科技大学刘奇航和南京大学万贤纲等人在“Nat. Commun."发表题为“Designing light-element materials with large effective spin-orbit coupling”的研究论文。在此，他们以3d和4d体系为重点，证明了晶体对称性和电子关联性之间的相互作用可以在某些部分占据的轨道多重态中显著增强SOC效应，这是通过自洽强化的轨道极化作为关键点来实现的。因此，他们提供了设计原则和综合数据库，其中他们列出了所有二维(2D)和三维晶体中可能具有增强SOC效应的所有Wyckoff位置和位点对称性。此外，他们从选定的二维材料库中预测了9种候选材料，作为高温量子反常霍尔绝缘体，具有数百兆电子伏的大非线性带隙。他们的研究为预测有前途的SOC活性材料提供了一个有效和直接的方法，缓解了下一代自旋轨道电子材料和器件对重元素的使用。

图1： 通过关联效应提高有效SOC的示意图

图2：具有增强SOC效应的2D材料的设计流程

图3：Fe2X2 (X = S, Se) 单层。a 蜂窝状晶格的简图。b, c 没有自旋-轨道耦合的Fe2S2晶体的能带结构，U = 3 eV，用颜色映射{dxz,dyz}轨道上的投影。e 在DFT计算中，SOC gap和电场诱导的gap的随着U的演变。

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41467-022-28534-y

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