密陀僧相 InBi 单层中的可控拓扑绝缘体相
材料科学
2023-07-04 v2
摘要
尽管具有理想半金属电子结构和材料应用前景的层状方网拓扑材料模型近期取得了进展，但确定具有相关拓扑性质且实验上可获取的二维方网材料一直颇具挑战。由于 III-V 族半导体高度可调的物理与拓扑性质，我们重新审视 III-V 族材料并观察到密陀僧相（litharge-phase）InBi 是一种层状方网材料，并可剥离为 InBi 单层。我们提出了对 InBi 单层能量图景的综合性第一性原理研究。我们确定了一种顺弹性相和三种铁弹性相，并研究了它们的拓扑性质。具体而言，我们表明顺弹性 InBi 单层由于具有相同宇称态之间由轨道序诱导的能带反转而是平凡绝缘体。用另一种 V 族元素（N、P、As）替代每个晶胞中的一个 Bi 原子，或施加打破反演对称性并改变轨道在位能的电场，可将顺弹性 InBi 单层驱动至拓扑绝缘体相。此外，纯 InBi 的铁弹性相之一（可通过轻微应变顺弹性相获得）也具有此类拓扑绝缘性质。这些结果为调控 InBi 单层中的非平凡拓扑提供了若干实验上可实现的途径，包括构建压电或铁电衬底异质结构以及施加机械应变，使 InBi 单层成为研究低维性、方网化学键合网络与能带拓扑之间相互作用的理想平台。
引用
@article{arxiv.2304.14965,
title = {Controllable Topological Insulator Phases in Litharge-phase InBi Monolayer},
author = {Zhenyao Fang and Andrew M. Rappe},
journal= {arXiv preprint arXiv:2304.14965},
year = {2023}
}