具有翘曲方晶格的室温量子自旋霍尔绝缘体

二维（2D）拓扑绝缘体（TIs），也称为量子自旋霍尔（QSH）绝缘体，是相干自旋输运相关应用的优秀候选材料，因为2D TIs的边缘态对非磁性杂质具有鲁棒性，唯一可用的背散射通道被禁止。目前，大多数已知的2D TIs基于六角（特别是蜂窝）晶格。这里，我们提出翘曲方晶格中存在量子自旋霍尔效应（QSHE）。通过进行全局结构优化，我们预测了一种新的三层准二维（Q2D）结构，该结构在BiF系统中所有厚度小于6.0 Å的结构中具有最低能量。它被识别为一种具有大带隙（0.69 eV）的Q2D拓扑绝缘体。Q2D BiF系统费米能级附近的电子态主要由中间的Bi方晶格贡献，该方晶格被两个惰性BiF₂层所夹。这是有益的，因为衬底与Q2D材料之间的相互作用可能不会改变系统的拓扑性质，正如我们在NaF衬底的情况下所证明的。最后，我们为一种具有翘曲方晶格的双轨道系统提出了一个新的紧束缚模型，以解释Q2D BiF材料的低能物理。我们的研究不仅预测了一种适用于真实室温应用的QSH绝缘体，而且为调控拓扑态（如量子反常霍尔效应）提供了一种新的晶格体系。