論文の概要: Strain-Tunable Spin Filtering and Valley Splitting Coexisting with Anomalous Hall Effect in 2D Half-Metallic VSe2/VN Heterostructure: Toward a Unified Spintronic-Valleytronic Platform

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2511.06069v1
• Date: Sat, 08 Nov 2025 16:43:14 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-11-11 21:18:44.738882
• Title: Strain-Tunable Spin Filtering and Valley Splitting Coexisting with Anomalous Hall Effect in 2D Half-Metallic VSe2/VN Heterostructure: Toward a Unified Spintronic-Valleytronic Platform
• Title（参考訳）: 2次元半金属VSe2/VNヘテロ構造におけるひずみ可変スピンフィルタリングと異常ホール効果による谷分割
• Authors: Vivek Chowdhury, Ahmed Zubair,
• Abstract要約: ヘキサゴナルVSe2とヘキサゴナルVNから構築されたファンデルワールスヘテロ構造(VSe2/VN)は、堅牢な谷分割と強いスピン選択性をもたらした。 結果は、VSe2/VNを谷トロニクス・スピントロニクスデバイス統合のための実用的で歪可変なプラットフォームとして同定した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
• Abstract: Rapid progress in valleytronics and spintronics is limited by the scarcity of two-dimensional materials that simultaneously provide robust valley splitting and strong spin selectivity. Here we showed that a van der Waals heterostructure (VSe2/VN) built from hexagonal VSe2 and hexagonal VN addressed this gap. Using first-principles density functional theory, phonon, ab initio molecular dynamics stability tests, Bader charge analysis, and Wannier-based Berry-curvature calculations, we demonstrated an energetically and dynamically stable heterostructure that exhibited interlayer charge transfer and a work function intermediate between the constituent monolayers. The electronic structure showed small indirect PBE gap (108.9 meV), with HSE06 indicating a half-metallic tendency; a sizable conduction-band valley splitting (\Delta CKK' = 22.9 meV for spin-up and \Delta CKK' = 61.3 meV for spin-down); and pronounced spin asymmetry, where the spin-down channel showed a wide semiconducting gap (0.64 eV) while the spin-up channel was nearly gapless. These features yielded a high zero-strain spin-filter efficiency P = 75.4%, tunable to 82.5% under +4% biaxial tensile strain. The heterostructure also supported non-zero, valley-contrasting Berry curvature, and a large anomalous Hall conductivity (peak sigmaxy = 568.33 S/cm). Importantly, mean-field estimation placed the ferromagnetic Curie temperature near room temperature at zero strain (Tc = 284.04 K), while Tc decreased to 183.9 K at +4% strain, the magnetic order remained robust to cryogenic temperatures, providing a beneficial tuning knob to balance spin-filter performance with thermal stability in device-relevant regimes. These results identified VSe2/VN as a practical, strain-tunable platform for integrated valleytronic, spintronic devices, and for exploring anomalous Hall and valley-dependent transport phenomena.
• Abstract（参考訳）: 谷トロニクスとスピントロニクスの急速な進歩は、頑丈な谷分割と強いスピン選択性をもたらす2次元材料の不足によって制限される。 ここでは,ヘキサゴナルVSe2とヘキサゴナルVNから構築したvan der Waalsヘテロ構造(VSe2/VN)が,このギャップに対処することを示した。 第一原理密度汎関数理論,フォノン,アブ初期分子動力学安定性試験,バッダー電荷解析,およびワニエに基づくベリー曲率計算を用いて,層間電荷移動を示すエネルギー的かつ動的に安定なヘテロ構造と,構成単層間中間の作業関数を実証した。 電子構造はPBEギャップ (108.9 meV) が小さく、HSE06は半金属的な傾向を示しており、スピンアップのための導電バンドバレー分割 (\Delta CKK' = 22.9 meV) とスピンダウンのためのデルタ CKK' = 61.3 meV) 、スピンダウンチャネルが広いセミコンダクティングギャップ (0.64 eV) を示し、スピンアップチャネルはほぼ隙間のないスピン非対称性を示した。 これらの特徴は高いゼロストレインスピンフィルター効率P = 75.4%となり、二軸引張ひずみ+4%で82.5%に調整できる。 ヘテロ構造は、非ゼロでバレーに反するベリー曲率、および大きな異常なホール導電率 (peak sigmaxy = 568.33 S/cm) も支持した。 平均場推定では、室温付近の強磁性キュリー温度をゼロひずみ(Tc = 284.04 K)とし、Tcは+4%のひずみで183.9Kまで低下したが、磁場の秩序は低温の温度に頑健であり、スピンフィルター性能と温度安定性のバランスをとるのに有用なチューニングノブを提供する。 これらの結果から,VSe2/VNは,谷トロニクス,スピントロニクス,異常ホールおよび谷依存性輸送現象の探索のための実用的,ひずみ可変プラットフォームとして同定された。

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