氧功能化 MXene 中的大能隙二维拓扑绝缘体
材料科学
2015-08-26 v1
摘要
二维 (2D) 拓扑绝缘体 (TI) 已被公认为一类新的物质量子态。它们与普通二维绝缘体的区别在于其由 数标识并由时间反演对称性 (TRS) 保护的非凡能带结构拓扑。2D TI 具有有趣的自旋-速度锁定的导电边缘态和体态绝缘性质。在边缘态中，具有相反自旋的电子向相反方向传播，且当 TRS 守恒时背散射被完全禁止。这导致了用于电荷和自旋输运的量子化无耗散“双车道高速公路”，并具有潜在的应用前景。迄今为止，仅发现极少数 2D 系统具有这一性质。缺乏合适的材料阻碍了进一步的研究与应用。在此，通过第一性原理计算，我们提出氧功能化的 MXene，即 MCO（M=W、Mo 和 Cr），是 2D TI，其中 W 的情况具有 0.194 eV 的最大能隙。它们具有动力学稳定性且天然抗氧化。最重要的是，它们极有可能通过近期发展的过渡金属碳化物 (MAX 相) 选择性化学刻蚀法轻松合成。这将为 2D TI 的广泛应用铺平道路，例如“理想”导线、多功能自旋电子器件，以及用于量子计算的拓扑超导性和 Majorana 模式的实现。
引用
@article{arxiv.1507.01172,
title = {Large-Gap Two-Dimensional Topological Insulator in Oxygen Functionalized MXene},
author = {Hongming Weng and Ahmad Ranjbar and Yunye Liang and Zhida Song and Mohammad Khazaei and Seiji Yunoki and Masao Arai and Yoshiyuki Kawazoe and Zhong Fang and Xi Dai},
journal= {arXiv preprint arXiv:1507.01172},
year = {2015}
}
备注
17 pages, 4 figures