三维拓扑绝缘体纳米结构的低能模型
介观与纳米尺度物理
2024-09-04 v1 材料科学
摘要
我们发展了一种用于真实三维拓扑绝缘体纳米结构的精确纳米电子模型方法，并研究其低能表面态谱。从常用于Bi₂Se₃族拓扑绝缘体的四能带k·p体积模型哈密顿量出发，推导出Bi₂Se₃、Bi₂Te₃和Sb₂Te₃的新参数集合。我们采用一种fitting策略应用于Γ点附近的ab initio能带结构，以确保对低能体积态和表面态具有定量的准确描述，同时避免在更高动量处出现不物理的低能态，这一点并非常用的微扰方法所保证。我们分析了由于能带各向异性和电子-空穴不对称性而在拓扑表面态低能谱中产生的效应，得到在不同侧面 Facet 自然局部化的 Dirac 表面态。在薄膜极限情况下，当表面态通过体积相互作用时，我们采用薄膜模型并从ab initio计算中推导出厚度相关的模型参数，这些参数与实验分辨的能带结构表现良好，而常用的体积模型则忽略了在此 regimes中相关的many-body效应。我们通用且灵活的建模方法为准确模拟基于真实拓扑材料的纳米电子器件提供了可靠的起点。
引用
@article{arxiv.2404.13959,
title = {Low-energy modeling of three-dimensional topological insulator nanostructures},
author = {Eduárd Zsurka and Cheng Wang and Julian Legendre and Daniele Di Miceli and Llorenç Serra and Detlev Grützmacher and Thomas L. Schmidt and Philipp Rüßmann and Kristof Moors},
journal= {arXiv preprint arXiv:2404.13959},
year = {2024}
}