Ta$_2$M$_3$Te$_5$（M = Pd, Ni）中的量子自旋霍尔效应

量子自旋霍尔（QSH）效应因在自旋电子学和量子计算中的潜在应用前景而引起了理论与实验研究者的广泛兴趣。在此，我们基于第一性原理计算预测单层 Ta$_2$Pd$_3$Te$_5$ 可成为 QSH 绝缘体。层状范德瓦耳斯化合物 Ta$_2$Pd$_3$Te$_5$ 的层间结合能为 19.6 meV/A$^2$；因此，其单层/薄膜结构可容易地通过剥离获得。费米能级（$E_F$）附近的能带反转是一种本征特征，发生在 Ta-$5d$ 与 Pd-$4d$ 轨道之间，无需自旋轨道耦合（SOC）。SOC 效应打开全局能隙并使系统成为 QSH 绝缘体。凭借 $d$-$d$ 能带反转特征，单层 Ta$_2$Pd$_3$Te$_5$ 中的非平庸拓扑由时间反演拓扑不变量 $\mathbb Z_2=1$ 表征，该量由我们第一性原理计算中实施的一维（1D）Wilson 环方法算出。螺旋边缘模也使用表面格林函数方法获得。我们的计算表明，Ta$_2M_3$Te$_5$（$M=$ Pd, Ni）中的 QSH 态可通过外部应变调节。这些单层和薄膜为实现 QSH 效应及相关器件提供了可行平台。