半导体表面大能隙量子自旋霍尔绝缘体的外延生长
材料科学
2014-12-03 v1
摘要
在传统半导体表面形成拓扑量子相兼具科学和技术意义。在此，基于第一性原理计算，我们演示了在 Si(111) 表面上外延生长具有大能隙的二维拓扑绝缘体，即量子自旋霍尔 (QSH) 态。我们表明，用 1/3 单层卤素原子功能化的 Si(111) 表面 [Si(111)--X (X=Cl, Br, I)] exhibiting 三角超结构，为重金属（如 Bi）的外延生长提供了理想的模板，这些重金属自组装成具有高动力学和热力学稳定性的六角晶格。最引人注目的是，Bi 覆盖层与底层 Si 衬底在“原子”尺度上键合但在“电子”尺度上解耦，表现出能隙高达 0.8 eV 的孤立 QSH 态。这一惊人现象源于一种有趣的衬底轨道过滤效应，该效应关键性地选择了费米能级附近的轨道组成，从而导致不同的拓扑相。特别是，衬底轨道过滤效应将原本拓扑平庸的自由站立 Bi 晶格转换为非平庸相；而对于 Au 晶格则反之亦然。其潜在的物理机制具有普遍适用性，为探索大能隙拓扑表面/界面态开辟了一条崭新且令人兴奋的途径。
引用
@article{arxiv.1411.5314,
title = {Epitaxial growth of large-gap quantum spin Hall insulator on semiconductor surface},
author = {Miao Zhou and Wenmei Ming and Zheng Liu and Zhengfei Wang and Ping Li and Feng Liu},
journal= {arXiv preprint arXiv:1411.5314},
year = {2014}
}
备注
Total 26 pages, 7 figures. Supporting information included. arXiv admin note: substantial text overlap with arXiv:1401.3392