狄拉克半金属 Na3Bi 薄膜中的维度交叉与拓扑相变
材料科学
2019-08-15 v2 介观与纳米尺度物理
摘要
三维（3D）拓扑狄拉克半金属在减薄至二维少数层时，预期会通过量子限域效应产生带隙的狄拉克节点，并伴随出现引人入胜的量子自旋霍尔（QSH）绝缘体相。然而，有助于理解拓扑量子相的 3D 到 2D 交叉及相关的拓扑相变仍未被探索。在此，我们在石墨烯上合成了具有 R3*R3 重构的高质量 Na3Bi 薄膜，并通过扫描隧道显微镜/谱学结合第一性原理计算，系统表征了其厚度依赖的电子与拓扑性质。我们证明了 Na3Bi 薄膜中出现狄拉克能隙，提供了从 3D 半金属到 2D 拓扑绝缘体维度交叉的光谱证据。重要的是，狄拉克能隙在 3 和 4 单层（分别为 72 与 65 meV）上被揭示具有可观大小，并伴随拓扑非平庸边缘态。此外，Na3Bi 薄膜的费米能级可通过特定生长过程调控，从而为在输运中实现电荷中性提供了可行途径。控制狄拉克能隙开启与电荷中性的可行性，使得在 Na3Bi 薄膜中实现本征高温 QSH 效应及在拓扑器件中的潜在应用成为可能。
引用
@article{arxiv.1812.05950,
title = {Dimensional Crossover and Topological Phase Transition in Dirac Semimetal Na3Bi Films},
author = {Huinan Xia and Yang Li and Min Cai and Le Qin and Nianlong Zou and Lang Peng and Wenhui Duan and Yong Xu and Wenhao Zhang and Ying-Shuang Fu},
journal= {arXiv preprint arXiv:1812.05950},
year = {2019}
}
备注
28 pages, 4 figures