硫族化铋拓扑绝缘体纳米结构高指数表面上的 Dirac 费米子
材料科学
2016-06-21 v1 介观与纳米尺度物理
摘要
二元硫族化铋 BiSe、BiTe 及相关材料目前正作为参考拓扑绝缘体（TI）被广泛研究，因为它们具有简单的表面态能带色散（单个 Dirac 锥）和相对较大的体带隙。TI 纳米结构尤其引人关注，因为增加的表面体积比增强了表面态的贡献，这意味着它们是潜在器件应用的有力候选者。迄今为止，绝大多数研究工作集中在低指数 (0001) 表面，这对应于这些层状材料的自然解理面。然而，低维纳米结构（纳米片、纳米线、纳米带）的表面不可避免地涉及更高指数的晶面。我们对具有不同晶体学取向、原子结构和化学计量组成的硫族化铋 TI 纳米结构表面进行了系统的 ab initio 研究。我们发现了高指数表面的几种稳定终端，它们可以在某一组成元素化学势的不同取值下实现。对于唯一确定的化学计量终端，拓扑 Dirac 费米子态表现出强烈的各向异性，Fermi 速度和自旋极化对表面取向有明显的依赖关系。发现自掺杂效应和拓扑平庸的带隙中间态是非化学计量表面的特征。我们的研究结果为实现对硫族化铋纳米结构中拓扑保护表面态的实验控制铺平了道路。
引用
@article{arxiv.1606.06195,
title = {Dirac fermions at high-index surfaces of bismuth chalcogenide topological insulator nanostructures},
author = {Naunidh Virk and Oleg V. Yazyev},
journal= {arXiv preprint arXiv:1606.06195},
year = {2016}
}