用于稳定理想拓扑态的 ZrTe5 缺陷工程
材料科学
2025-12-12 v1
摘要
ZrTe5 是一种高度可调、高迁移率的拓扑材料,蕴含丰富的量子现象,使其成为下一代量子技术的理想平台。尽管已有大量研究,但实验研究报道的电子态和拓扑态结果并不一致甚至相互矛盾,这在很大程度上归因于样品质量的差异。在此,通过对所有本征点缺陷进行系统的第一性原理研究,我们确定了一条在 ZrTe5 中实现稳定且理想拓扑特性的实用途径。我们表明,两种主导带电缺陷(类施主 Zr 间隙和类受主 Te 空位)之间的竞争决定了费米能级的位置。此外,缺陷密度的变化决定了样品的拓扑相。我们在理论上提出并经实验证实,在晶体生长过程中提高 Te/Zr 比例可有效抑制本征缺陷,使 ZrTe5 稳定在近理想的弱拓扑绝缘体态。这些发现为缺陷控制和样品优化提供了明确指导,为未来量子应用中在 ZrTe5 中实现稳健且可复现的拓扑量子态铺平了道路。
引用
@article{arxiv.2512.10266,
title = {Defects Engineering of ZrTe5 for Stabilizing Ideal Topological States},
author = {Chia-Hsiu Hsu and Zezhi Wang and Sen Shao and Yoshinori Okada and Feng-Chuan Chuang and Dong Xing and Ilya Belopolski and Cheng-Long Zhang and Guoqing Chang},
journal= {arXiv preprint arXiv:2512.10266},
year = {2025}
}