功能化屈曲Bi-III单层/Al$_{2}$O$_{3}$诱导的大能隙量子反常霍尔态

拓扑量子反常霍尔（QAH）效应固有的手性边缘模是当代凝聚态研究的关键课题，旨在未来量子技术与自旋电子学应用。大拓扑能隙对于抵御热涨落从而实现更高工作温度至关重要。基于第一性原理计算，我们提出Al$_{2}$O$_{3}$作为由Bi和III族元素组成的原子单层的理想衬底，其中可实现大能隙量子自旋霍尔效应。随后以氮进行半钝化则提示向大能隙QAH绝缘体的拓扑相变。通过有效紧束缚建模，我们证明Bi-III单层/Al$_{2}$O$_{3}$由$p_{x}, p_{y}$轨道主导，并有次要的$p_z$轨道贡献。向QAH的拓扑相变由塞曼分裂诱导，其中非对角自旋交换不起显著作用。该有效模型分析的应用价值远超Bi-III单层/Al$_{2}$O$_{3}$，因其应普遍适用于由$p_{x}, p_{y}$轨道主导且在$\Gamma$点发生能带反转的系统。