SnTe立方纳米线中的自旋轨道绝缘相:对拓扑表面态的影响
介观与纳米尺度物理
2026-01-14 v1
摘要
我们利用第一性原理计算研究了SnTe与PbTe立方纳米线的电子、结构及拓扑性质。采用标准与线性标度密度泛函理论,我们从超薄极限一直研究到实验观测到的纳米线厚度。超薄极限下的有限尺寸效应产生电四极矩及相关的结构畸变,这些畸变增大了带隙,但随纳米线尺寸增大而减弱,影响越来越小。超薄SnTe立方纳米线为平庸带隙绝缘体,我们证明通过增加厚度,在薄纳米线区由于平庸表面态会出现向自旋轨道绝缘相的电子相变。这些具有几meV自旋轨道带隙的平庸表面态出现在与拓扑表面态相同的k点。在厚纳米线极限下,我们应观察到向拓扑晶体绝缘相的相变,存在两个与持续平庸表面态杂化的有质量表面狄拉克费米子。因此,在同一k空间区域费米能级附近,有质量狄拉克表面态与平庸表面态共存。据我们估计,立方SnTe纳米线在临界厚度tc1=10 nm以下为平庸绝缘体,在tc1=10 nm与tc2=17 nm之间为自旋轨道绝缘体,而在临界厚度tc2=17 nm以上转变为拓扑相。这些临界厚度值处于典型实验厚度范围内,使厚度成为合成拓扑立方纳米线的相关参数。Pb(1-x)Sn(x)Te纳米线的这两个临界厚度tc1与tc2将随掺杂浓度不同而取更大值。
引用
@article{arxiv.2308.15358,
title = {Spin-orbit insulating phase in SnTe cubic nanowires: consequences on the topological surface states},
author = {Ghulam Hussain and Kinga Warda and Giuseppe Cuono and Carmine Autieri},
journal= {arXiv preprint arXiv:2308.15358},
year = {2026}
}
备注
10 pages, 9 figures