具有矩形晶格的碳化钽卤化物 TaCX (X = Cl, Br, I) 单层：新型大带隙量子自旋霍尔绝缘体
材料科学
2016-12-07 v1
摘要
量子自旋霍尔 (QSH) 绝缘体拥有拓扑保护免受背散射的边缘态。然而，已知的 QSH 材料（例如 HgTe/CdTe 和 InAs/GaSb 量子阱）表现出极小的能隙且仅在低温下工作，阻碍了其用于室温器件。基于第一性原理计算，我们预测了单层碳化钽卤化物 TaCX (X = Cl, Br, I) 中一族新型 QSH 绝缘体，其具有独特的矩形晶格和大于 0.2 eV 的大直接能隙，准确值为 0.230.36 eV。该体系中二维 QSH 效应的机制源于本征的 dd 能带反转，不同于具有 sp 或 pp 轨道间能带反转的传统 QSH 体系。此外，应变和本征电场可用于调控电子结构并增强能隙。TaCX 纳米带具有穿过体带隙的单狄拉克锥边缘态，表现出与石墨烯相当的高费米速度的线性色散。这些具有可观非平庸带隙的二维材料在新一代无损电子学和自旋电子学中展现出巨大应用潜力。
引用
@article{arxiv.1602.08783,
title = {Rectangular Tantalum Carbide Halides TaCX (X = Cl, Br, I) monolayer: Novel Large-Gap Quantum Spin Hall Insulator},
author = {Liujiang Zhou and Wujun Shi and Yan Sun and Bin Shao and Claudia Felser and Binghai Yan and Thomas Frauenheim},
journal= {arXiv preprint arXiv:1602.08783},
year = {2016}
}