InAs 与 InSb 表面的电子结构：密度泛函理论与角分辨光电子能谱
材料科学
2021-01-01 v1 计算物理
量子物理
摘要
表面的电子结构在量子器件的特性中起着关键作用。然而，表面也是最难模拟与工程的。在此，我们结合密度泛函理论 (DFT) 与角分辨光电子能谱 (ARPES) 研究 InAs(001)、InAs(111) 和 InSb(110) 表面的电子结构。我们能够通过使用带机器学习 Hubbard U 修正的 DFT 计算 [npj Comput. Mater. 6, 180 (2020)] 来执行大规模第一性原理模拟并捕捉不同表面重构的效应。为便于与 ARPES 结果直接比较，我们实现了一种“体 unfolding”方案，将超胞表面 slab 模型的计算能带结构投影到体原胞上。对于所有三个表面，我们发现 DFT 计算与 ARPES 之间良好吻合。对于 InAs(001)，模拟澄清了表面重构的效应。发现不同重构产生独特的表面态。对于 InAs(111) 和 InSb(110)，模拟有助于阐明氧化的效应。由于从 As 到 O 的电荷转移大于从 Sb 到 O 的电荷转移，InAs(111) 的氧化导致显著的能带弯曲并产生电子袋，而 InSb(110) 的氧化则不会。我们结合的理论与实验结果可为基于 InAs 和 InSb 半导体的量子器件设计提供信息，例如利用 Majorana 零模式的拓扑量子比特。
引用
@article{arxiv.2012.14935,
title = {Electronic structure of InAs and InSb surfaces: density functional theory and angle-resolved photoemission spectroscopy},
author = {Shuyang Yang and Niels B. M. Schröter and Sergej Schuwalow and Mohana Rajpalk and Keita Ohtani and Peter KrogstrupGeorg and W. Winkler and Jan Gukelberger and Dominik Gresch and Gabriel Aeppli and Roman M. Lutchyn and Vladimir N. Strocov and Noa Marom},
journal= {arXiv preprint arXiv:2012.14935},
year = {2021}
}