基于统一自旋轨道溢出筛选的磁性及非磁性二维拓扑材料计算搜索
材料科学
2020-05-08 v2
摘要
二维拓扑材料(TMs)具有多种特性，使其在自旋电子学与量子计算等应用中颇具吸引力。然而，实验上已知的此类材料寥寥无几。为助力发现新的二维拓扑材料，我们开发了一种统一且计算廉价的方法，利用基于密度泛函理论的自旋轨道溢出、Wannier 插值及相关技术，以高通量方式甄别磁性与非磁性二维拓扑材料，包括带隙与半金属拓扑分类。我们首先对 JARVIS-DFT 数据集（https://www.ctcms.nist.gov/~knc6/JVASP.html）中约 1000 种二维材料计算自旋轨道溢出，得到 122 种高溢出值材料。随后，我们使用 Wannier 插值进行 Z2、陈数、反常霍尔电导、居里温度与边缘态计算，以进一步支撑预测。我们识别出多种拓扑非平凡类别，如量子自旋霍尔绝缘体(QSHI)、量子反常霍尔绝缘体(QAHI)与半金属。对少数预测材料，我们运行了 G0W0+SOC 与 DFT+U 计算。我们发现，当引入多体效应后，仅少数材料保留非平凡能带拓扑，表明高级 DFT 方法在预测二维拓扑材料中的重要性。然而，作为初始步骤，自动化溢出筛选与 Wannier 方法为发现新拓扑材料及缩小实验合成与表征候选范围提供了有用预测。
引用
@article{arxiv.2001.11389,
title = {Computational Search for Magnetic and Non-magnetic 2D Topological Materials using Unified Spin-orbit Spillage Screening},
author = {Kamal Choudhary and Kevin F. Garrity and Jie Jiang and Ruth Pachter and Francesca Tavazza},
journal= {arXiv preprint arXiv:2001.11389},
year = {2020}
}