Sn 基三元硫族化合物中双重拓扑相的存在性

研究材料从拓扑绝缘体（TI）相到拓扑晶体绝缘体（TCI）相的转变是引人入胜的，因为后者在可控器件应用中具有优于前者的优势。本工作利用第一性原理方法研究了 Sn 基三元硫族化合物 PbSnX₂（X=S, Se, Te）家族在静水压下是否存在这种双重拓扑行为。这些材料在环境条件和升至拓扑相变（TPT）研究压力范围内均动力学稳定。该家族具有拓扑平凡基态，PbSnS₂、PbSnSe₂ 和 PbSnTe₂ 的直接带隙分别为 0.338 eV、0.183 eV 和 0.217 eV。第一个 TPT，即这些材料的 TI 相，在 5 GPa、2.5 GPa 和 3.5 GPa 的外部压力效应下被观测到，体带结构中在 F 点出现单次带反转，(111) 表面出现奇数个狄拉克锥。进一步增压至 5.5 GPa、3 GPa 和 4 GPa 导致 Γ 点出现另一次带反转，(111) 面上出现偶数个狄拉克锥。这些偶数次带反转表明 ($\bar{1}2\bar{1}$) 面在 ($\bar{1}0\bar{1}$) 面上具有镜像对称性，因此获得了 TCI 相。该 TCI 相进一步通过利用 Wannier 电荷中心的绕数计算的镜像陈数的偶数值得到证实。