可剥离二维绝缘体中 Z₂ 拓扑序的丰度

量子自旋霍尔绝缘体是一类二维材料，其体态具有有限电子带隙，边缘则存在无带隙的螺旋边缘态。在时间反演对称性存在下，Z₂ 拓扑序将拓扑相与普通绝缘相区分开来。这类材料所能承载的某些现象——从一维低耗散电子输运到自旋过滤——在电子学、自旋电子学和拓扑量子计算等领域具有广阔的技术应用前景。然而，能够在室温下展现非平庸 Z₂ 拓扑序的二维材料十分稀少，阻碍了其发展。在此，我们筛选了我们最近建立的一个包含 1825 种可从实验已知化合物中剥离的单层材料的综合数据库，以寻找新型量子自旋霍尔绝缘体。利用密度泛函理论和多体微扰理论模拟，我们确定了 13 种候选量子自旋霍尔绝缘体单层，包括 AsCuLi₂ 和 jacutingaite (Pt₂HgSe₃) 等高性能材料。我们还确定了单层 Pd₂HgSe₃ 是一种新型 Kane-Mele 量子自旋霍尔绝缘体，并将其与 jacutingaite 进行了比较。这些为数不多但有前景的材料力学稳定，并展现出 Z₂ 拓扑序，无论是未受扰动还是由少量应变驱动。这一筛选凸显了 Z₂ 拓扑序约 1% 的相对丰度，并为实验研究提供了一组最优候选材料。