通过吸附原子在石墨烯中构筑稳健的量子自旋霍尔态

2007 年在 HgTe 量子阱中发现的量子化电导，为拓扑绝缘体领域提供了首个实验证实。尽管此后许多三维拓扑绝缘体被确认，HgTe 仍是该类别中唯一已知的二维系统。此外，HgTe 量子阱的制备困难阻碍了其广泛应用。为打破这一僵局，我们为在一种更易获得的二维材料——石墨烯中稳定一个稳健的拓扑绝缘体态提供了蓝图。利用对称性论证、密度泛函理论和紧束缚模拟，我们预测，赋予某些重吸附原子的石墨烯可实现具有可观带隙的拓扑绝缘体。对于最有希望的吸附原子候选者铟和铊，仅 6% 的覆盖率就能分别产生接近 80K 和 240K 的估计带隙，这应在输运或光谱测量中可探测到。在石墨烯中构筑如此稳健的拓扑相，可为自旋电子学、超低耗散电子学和量子信息处理的新一代器件铺平道路。