硅表面量子自旋霍尔态的形成及能隙与自旋轨道耦合强度的标度关系
介观与纳米尺度物理
2014-11-21 v2 材料科学
摘要
为了在自旋电子学和量子计算中的潜在应用，人们期望将量子自旋霍尔绝缘体[即二维拓扑绝缘体（TI）]置于衬底上同时保持较大的能隙。在此，基于第一性原理计算和有效哈密顿量分析，我们展示了一种在半导体表面创造大能隙二维 TI 态的独特方法。我们表明，当具有强自旋轨道耦合（SOC）的重元素（如 Bi 和 Pb 原子）沉积在图案化的 H-Si(111) 表面上形成六角晶格时，它们呈现出能隙超过 0.5 eV 的二维 TI 态。该 TI 态源于一种有趣的衬底轨道过滤效应，该效应在费米能级附近选择合适的轨道成分，从而使系统可以匹配到四带有效模型哈密顿量。此外，研究发现在该模型内，SOC 能隙并不随 SOC 强度的增加而单调增加。这些有趣的结果可能为未来大能隙拓扑量子态的设计和制备提供新启示。
引用
@article{arxiv.1401.3392,
title = {Formation of quantum spin Hall state on Si surface and energy gap scaling with strength of spin orbit coupling},
author = {Miao Zhou and Wenmei Ming and Zheng Liu and Zhengfei Wang and Yugui Yao and Feng Liu},
journal= {arXiv preprint arXiv:1401.3392},
year = {2014}
}
备注
Total 23 pages, 5 figures. Supporting information with additional 5 figures also included