石墨烯/SiC 界面处受环境保护的量子自旋霍尔绝缘体铋烯的可逆切换
介观与纳米尺度物理
2025-11-19 v1 材料科学
摘要
量子自旋霍尔绝缘体 (QSHI) 在理论和实验上都得到了广泛研究，因为它们表现出由自旋轨道耦合驱动的鲁棒螺旋边缘态，并通过无耗散自旋输运为自旋电子学提供了应用潜力。然而，要实现器件，必须控制活性层与衬底的相互作用，并保护其免受环境影响。在这里，我们展示了通过在 SiC(0001) 上的外延石墨烯缓冲层插层形成的单质铋单层，是 QSHI 的一个有前景的候选者。该层可以在电子非活性的前驱态和“铋烯态”之间可逆切换，后者表现出真正二维铋烯层的预测能带结构。切换通过样品的氢化（脱氢）实现，即对 SiC 衬底悬挂键的部分钝化（激活），导致 Bi 原子发生横向位移，涉及吸附位点的改变。在铋烯态下，Bi 蜂窝状层是一个潜在的 QSHI，固有地受到上方石墨烯片和下方 H 钝化衬底的保护。因此，我们的结果代表了迈向超越石墨烯的受保护 QSHI 系统的重要一步。
引用
@article{arxiv.2502.03314,
title = {Reversible Switching of the Environment-Protected Quantum Spin Hall Insulator Bismuthene at the Graphene/SiC Interface},
author = {Niclas Tilgner and Susanne Wolff and Serguei Soubatch and Tien-Lin Lee and Andres David Peña Unigarro and Sibylle Gemming and F. Stefan Tautz and Christian Kumpf and Thomas Seyller and Fabian Göhler and Philip Schädlich},
journal= {arXiv preprint arXiv:2502.03314},
year = {2025}
}
备注
12 pages, 3 figures, supplementary information