摘要：

自旋軌道耦合效應（Spin-Orbit Coupling, SOC）是晶體中最豐富和深邃的物理效應之一，是凝聚态中很多奇特物理現象的基礎: 如反對稱的Dzyaloshinskii-Moriya交換相互作用，磁電耦合效應，拓撲量子态，和著名的Dresselhaus和Rashba能帶劈裂等。近年來，新型二維晶體的興起為研究二維極限下的自旋軌道耦合效應的新機理和調控手段提供了前所未有的機遇，可以結合原子層精度的量子限域效應、外場調控、電荷摻雜以及範德瓦爾斯異質結等手段來對自旋軌道耦合實現精準有效的調控。

本報告介紹一種新型的二維電子态系統 (2D Electronic System)-黑砷: 具有非常高的雙極性載流子遷移率 ，其二維電子氣（2DEG）和二維空穴氣（2DHG）的Hall遷移率均大于 5000 cm2V-1s-1，且通過栅極電壓連續可調。由于砷元素較重，黑砷中二維電子氣和二維空穴氣具有很強的内秉自旋軌道耦合效應，可用外電場調控實現連續、可逆能帶的Rashba劈裂。對于二維空穴氣，Rashba和Stark的協同效應可以實現自旋-能谷耦合（Spin-Valley Flavored）的新奇Rashba能帶，并對應反常量子霍爾态；而對于黑砷中的二維電子氣，我們也首次看到了傳統 G-Rashba能帶的完整量子化行為，其内外套嵌結構的費米面為拓撲非平庸的helical狄拉克費米子。此外，我們也會簡要介紹類黑磷材料的結構共性和物性差異，以及我們在二元黑磷SnSe等體系中的一些研究結果。

References：

F. Sheng et al., Nature 593, 56-60 (2021).

Z. Wang et al., Nat. Commun. 9, 47 (2018).