In$_2$Se$_3$薄膜中铁电可调的拓扑相变

具有铁电可切换拓扑性质的材料在基础物理和实际应用方面均备受关注。利用第一性原理计算，我们发现将铁电$\alpha$-In$_2$Se$_3$单层堆叠成双层会导致依赖于极化的能带结构，从而产生依赖于极化的拓扑性质。具体而言，我们发现具有层间铁电耦合的状态是量子自旋霍尔绝缘体，而具有反铁电极化的状态是普通绝缘体。我们进一步发现，只要结构中铁电 In$_2$Se$_3$双层与 In$_2$Se$_3$单层或其他铁电 In$_2$Se$_3$双层呈反铁电耦合，In$_2$Se$_3$三层和四层就表现出非平凡能带拓扑；否则系统为拓扑平凡。原因是，在费米能级附近，必须保持铁电 In$_2$Se$_3$双层的能带结构才能实现非平凡能带拓扑。这一特征可用于通过适当组合层间极化耦合来设计更厚薄膜的非平凡能带拓扑。利用偶极锁定效应，可对拓扑性质进行铁电调控。我们的研究揭示了一类天然铁电体中可切换的能带拓扑，为设计新型功能器件提供了平台。