InAs/GaSb界面处拓扑绝缘体的第一性原理可行性评估
计算物理
2021-08-25 v1 材料科学
摘要
为阐明能否在InAs与GaSb的界面处获得二维拓扑绝缘体(2DTI)相这一问题,我们进行了第一性原理模拟。为此,将InAs/GaSb界面与HgTe/CdTe界面进行了比较与对比。这些界面的密度泛函理论(DFT)模拟采用了机器学习得到的Hubbard U修正[npj Comput. Mater. 6, 180 (2020)]。对于HgTe/CdTe界面,我们的模拟表明在HgTe临界厚度5.1 nm处实现了能带交叉并获得反带隙,这与实验及先前的DFT计算一致。相比之下,对于InAs/GaSb,随着InAs厚度增加能隙变窄;然而对于每种材料最多达50层(约15 nm)的界面,能隙并未闭合。当在InAs/GaSb界面施加外电场时,GaSb衍生的价带顶相对于InAs衍生的导带底在能量上移,直至最终能带交叉并打开反带隙。我们的结果表明,在适当条件下有可能在InAs/GaSb界面达到拓扑态。然而,在实验中实现这些条件可能具有挑战性,这也解释了在实验中展示InAs/GaSb反带隙的困难。
引用
@article{arxiv.2101.07873,
title = {First principles feasibility assessment of a topological insulator at the InAs/GaSb interface},
author = {Shuyang Yang and Derek Dardzinski and Andrea Hwang and Dmitry I. Pikulin and Georg W. Winkler and Noa Marom},
journal= {arXiv preprint arXiv:2101.07873},
year = {2021}
}