甲基官能化 III-Bi 褶皱蜂窝结构中的稳健大带隙量子自旋霍尔绝缘体
材料科学
2018-02-07 v2
摘要
巨大的体带隙对于量子自旋霍尔(QSH)绝缘体在室温自旋电子学中的应用至关重要。基于第一性原理计算，我们预测甲基官能化的 III-Bi 单层，即 III-Bi-(CH3)2 (III=Ga, In, Tl) 薄膜，具有带隙分别高达 0.260、0.304 和 0.843 eV 的 QSH 态，使其适用于室温应用。拓扑特性由 s-px,y 带反转、拓扑不变量 Z2 以及拓扑保护的边缘态所证实。值得注意的是，对于 GaBi/InBi-(CH3)2 薄膜，s-px,y 带反转发生在自旋轨道耦合(SOC)过程中，而对于 TlBi(CH3)2 薄膜，s-px,y 带反转则发生在化学键合过程中。重要的是，III-Bi-(CH3)2 薄膜中的 QSH 态对机械应变和各种甲基覆盖率具有稳健性，使得这些薄膜在器件应用的衬底选择上特别灵活。此外，h-BN 衬底是实现 III-Bi-(CH3)2 薄膜大带隙非平凡拓扑态的理想衬底。这些发现表明，甲基官能化的 III-Bi 薄膜可以成为自旋电子学中拓扑电子器件设计与制造的良好 QSH 效应平台。
引用
@article{arxiv.1707.07120,
title = {Robust Large Gap Quantum Spin Hall Insulators in Methyl-functionalized III-Bi Buckled Honeycombs},
author = {Qing Lu and Busheng Wang and Xiang-Rong Chen and Wu-Ming Liu},
journal= {arXiv preprint arXiv:1707.07120},
year = {2018}
}