面向含自旋轨道耦合的拓扑超晶格带的高效预测

我们发展了一种对含自旋轨道耦合的超晶格带拓扑性质进行高效预测的对称性指示器框架。该算法仅需在施加超晶格前获取父材料的输入信息。简化假设源于超晶格势呈扰动级数，但我们的结果在超晶格产生的隧穿仍然保持开启的情况下可扩展到非扰动范畴。我们首先考虑受时间反演和 inversion 对称性约束的体系，推导出最低能带的 $\mathbb{Z}_2$ 不变量的紧凑公式；随后拓展至破坏时间反演对称性的体系，计算 Chern 数。我们将理论应用于选取的过渡金属硫化物、HgTe/CdTe 量子井以及三维拓扑绝缘体和 Dirac 半金属薄膜。我们发现，即使来自非拓扑材料也可产生拓扑超晶格带，从而拓宽了实现拓扑平坦带的候选材料池。我们的理论预测给定材料的超晶格几何和周期性将产生拓扑带，为设计拓扑超晶格异构结构提供了明确的指导原则。