利用界面电荷转移调控Bi₂Se₃/BiSe/TMDC异质结中的拓扑性质
材料科学
2023-12-11 v1 介观与纳米尺度物理
摘要
拓扑绝缘体Bi₂Se₃与过渡金属二硫化物（TMDC）构成的异质结，通过利用拓扑序、电荷序和磁序之间的相互作用，为研究新颖量子态提供了一个新的材料平台。材料组合、电荷重排、缺陷和应变等多种界面属性可用于调控这类材料的量子性质。近期Bi₂Se₃/NbSe₂异质结实验显示出由于BiSe缓冲层存在而产生的强Rashba能带劈裂特征，但其原子层面的机制尚未完全理解。我们对五种不同TMDC衬底（1T相VSe₂、MoSe₂、TiSe₂和2H相NbSe₂、MoSe₂）的Bi₂Se₃/BiSe/TMDC异质结进行了第一性原理研究。我们发现，由功函数差异驱动的BiSe/TMDC和Bi₂Se₃/BiSe界面处均存在显著的电荷转移，这使BiSe层稳定为电子供体并产生界面偶极子。界面偶极子的电场打破了Bi₂Se₃层中的反演对称性，导致两个五原子层（quintuple layer）中出现巨大的Rashba能带劈裂，并在三个五原子层中恢复了Dirac点，后者通常仅在至少六个Bi₂Se₃五原子层的较厚样品中出现。此外，我们发现应变可以显著影响界面处的电荷转移。我们的研究为调控二维材料异质结中的拓扑性质提供了一条有前景的途径，在量子器件中具有潜在应用。
引用
@article{arxiv.2312.05112,
title = {Manipulating Topological Properties in Bi$_2$Se$_3$/BiSe/TMDC Heterostructures with Interface Charge Transfer},
author = {Xuance Jiang and Turgut Yilmaz and Elio Vescovo and Deyu Lu},
journal= {arXiv preprint arXiv:2312.05112},
year = {2023}
}
备注
10 pages, 6 figures