固体材料能带的自旋极化对于自旋电子学器件具有重要意义。Rashba 效应是通过能带劈裂获得自旋极化的一个重要途径，然而大部分原子级厚度的薄膜样品中Rashba效应较弱甚至不具有自旋极化。近日，清华大学物理系周树云教授课题组及合作者发文报道了一个通过离子操控打破空间反演对称性的有效策略，成功地在PtTe/PtTe₂异质结中实现了显著的Rashba自旋劈裂。该研究成果以“Giant Rashba splitting in PtTe/PtTe₂ heterostructure”为题于2025年3月18日在线发表在《自然∙通讯》(Nature Communications)。

       Rashba效应是由自旋-轨道耦合（SOC）效应与空间反演对称性破缺共同作用导致的电子自旋劈裂现象。由于其自旋与动量锁定特征，能实现电荷流到自旋流的转化，因此在自旋电子学器件应用中具有重要价值。然而，很多原子级厚度的薄膜样品具有中心对称结构，导致难以产生自旋极化。2017年，周树云团队通过自旋分辨-角分辨光电子能谱（Spin-ARPES）测量，揭示了单层PtSe₂薄膜中局域Rashba效应导致的自旋-层间锁定效应[Nat. Commun. 8, 14216 (2017)]。但值得指出的是，由于单层样品本身具有中心对称结构，样品整体能带的自旋自由度依然是简并的。

图1.PtTe/PtTe₂异质结中空间反演对称性破缺的设计和实验验证

       在前期研究基础上，周树云及合作者从对称性分析出发，提出可以通过构筑PtTe/PtTe₂ 异质结，破坏材料的整体空间反演对称性，从而实现自旋劈裂的Rashba效应。具体来说，他们利用分子束外延技术生长了双层的 PtTe₂ 薄膜，然后以此为基础，通过真空退火的离子操控技术，巧妙地将表层PtTe₂转变为PtTe，从而构建出PtTe/PtTe₂异质结构 (图1)。这种异质结天然地打破了空间反演对称性，并由二次谐波的实验测量所证实，为实现Rashba自旋劈裂效应的产生奠定了科学基础。进一步地，通过角分辨光电子能谱 (ARPES) 的测量，他们成功观察到异质结中的Rashba能带劈裂，并利用spin-ARPES 证实劈裂的两条能带具有相反的自旋极化（图2）。该工作提供了一种便捷而有效的空间反演对称性操控策略，为在原子级二维材料中实现Rashba效应提供了新思路。

图2.异质结中的Rashba自旋劈裂的探测

       清华大学物理系周树云教授、于浦教授为该论文的共同通讯作者，清华大学物理系博士生冯润发为该论文的第一作者。合作团队还包括清华大学段文晖院士和日本东北大学Takafumi Sato教授。该研究工作受到了国家自然科学基金委科学中心和重点项目、科技部重点研发计划专项及科学探索奖的支持。

       文章链接：https://www.nature.com/articles/s41467-025-57835-1