Structural descriptor for enhanced spin-splitting in 2D hybrid perovskites.
Structural descriptor for enhanced spin-splitting in 2D hybrid perovskites.
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结构描述符，用于增强2D混合钙壶中的自旋分解。
DOI：
10.1038/s41467-021-25149-7
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发表时间：
2021-08-17
影响因子：
16.6
通讯作者：
Mitzi DB
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Jana MK;Song R;Xie Y;Zhao R;Sercel PC;Blum V;Mitzi DB
二维（2D）混合金属卤化物钙钛矿已经成为优秀的光电材料，并且是用于自旋选择性输运和自旋轨道电子学的Rashba/Dresselhaus自旋分裂的潜在主体。然而，通常缺乏对控制自旋分裂幅度的定量微观理解。通过晶体学和第一性原理研究的手性和非手性的二维钙钛矿的广泛阵列，我们证明了一个特定的键角的差距与不对称倾斜扭曲的金属卤化物八面体打破局部反转对称性和强烈相关的计算自旋分裂。这种畸变度量可以作为快速发现具有强自旋分裂的潜在候选材料的晶体学描述符。我们的工作确定，而不是全球空间群，通过适当的有机阳离子诱导的局部无机层扭曲提供了一个关键的设计目标，以实现强的自旋分裂钙钛矿。本文报道的新型手性钙钛矿将相当大的自旋分裂与手性自由度结合起来，为自旋电子学提供了一个独特的潜在兴趣范例。表现出Rashba/Dresselhaus自旋分裂的二维混合钙钛矿可以潜在地用于自旋选择性输运和自旋轨道电子学，但自旋分裂的结构决定因素还没有得到很好的理解。在这里，作者揭示了一种特定的无机层扭曲，与这些材料中的体自旋分裂相关。
Two-dimensional (2D) hybrid metal halide perovskites have emerged as outstanding optoelectronic materials and are potential hosts of Rashba/Dresselhaus spin-splitting for spin-selective transport and spin-orbitronics. However, a quantitative microscopic understanding of what controls the spin-splitting magnitude is generally lacking. Through crystallographic and first-principles studies on a broad array of chiral and achiral 2D perovskites, we demonstrate that a specific bond angle disparity connected with asymmetric tilting distortions of the metal halide octahedra breaks local inversion symmetry and strongly correlates with computed spin-splitting. This distortion metric can serve as a crystallographic descriptor for rapid discovery of potential candidate materials with strong spin-splitting. Our work establishes that, rather than the global space group, local inorganic layer distortions induced via appropriate organic cations provide a key design objective to achieve strong spin-splitting in perovskites. New chiral perovskites reported here couple a sizeable spin-splitting with chiral degrees of freedom and offer a unique paradigm of potential interest for spintronics. Two-dimensional hybrid perovskites exhibiting Rashba/Dresselhaus spin-splitting can be potentially used for spin-selective transport and spin-orbitronics, yet the structural determinants of spin-splitting are not well-understood. Here, the authors reveal a specific inorganic layer distortion that correlates with bulk spin-splitting in these materials.
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