范德华相互作用对拓扑绝缘体第一性原理研究的重要性
介观与纳米尺度物理
2020-12-01 v2 材料科学
摘要
我们使用第一性原理密度泛函方法研究了典型层状拓扑绝缘体 BiSe 和 BiTe 的体态和表面的晶格与电子结构，并系统比较了包含范德华（vdW）相互作用的不同方法的结果。我们表明，利用半经验能量校正的方法对这些材料给出了准确的描述，其中通过适当考虑 vdW 相互作用的长程尾部获得了最精确的结果。体态晶格常数、五重层间距以及拓扑表面态（TSS）的 Dirac 速度均与实验非常吻合。在 BiTe 中，能量色散的六边形翘曲导致在中等能量下 TSS 呈现复杂的自旋结构；而在 BiSe 中，这些状态在远离 Dirac 点时保持几乎完美的螺旋性，直到在远高于体态导带极小值的更高能量处才显示出明显的六边形翘曲迹象。我们的结果为体态、板状和界面几何结构下的拓扑绝缘体建立了一个统一且系统的自洽第一性原理计算框架，并为拓扑异质结构的第一性原理建模提供了必要的第一步。
引用
@article{arxiv.1905.01269,
title = {Importance of van der Waals interactions for ab initio studies of topological insulators},
author = {K. Shirali and W. A. Shelton and I. Vekhter},
journal= {arXiv preprint arXiv:1905.01269},
year = {2020}
}
备注
26 pages, 7 figures. This is the Accepted Manuscript version of an article accepted for publication in Journal of Physics: Condensed Matter. IOP Publishing Ltd is not responsible for any errors or omissions in this version of the manuscript or any version derived from it. The Version of Record is available online at https://dx.doi.org/10.1088/1361-648X/abbdbc