HgSe 中应变诱导的拓扑绝缘体相变

利用第一性原理电子结构计算，我们研究了 HgSe（非中心对称系统）在分别沿 [001] 和 [110] 方向施加两种不同类型单轴应变下能带结构与 $\nu_0$ 拓扑不变量的变化。沿 [001] 和 [110] 方向的压缩应变均导致在 $\Gamma$ 附近开启一个（晶体场）带隙（最大值约为 37 meV），并伴随在垂直于应变的方向上形成驼背状（反驼背状）价带（导带），且在 $\Gamma$ 处具有极小值（极大值）。我们发现 $Z_2$ 不变量 $\nu_0=1$，这确凿地证明了 HgSe 是一种强拓扑绝缘体（TI）。随着应变进一步增大，带隙减小并在临界应变值（取决于应变类型）处消失，此时 HgSe 经历从强 TI 到平庸（正常）绝缘体的相变。在沿 [110] 方向施加拉伸单轴应变时，HgSe 表现出类似的行为。另一方面，施加 [001] 拉伸单轴应变时，HgSe 保持为正常绝缘体。在压缩 [110] 拉伸应变下对非极性 (110) 表面的补充电子结构计算显示，在 $\Gamma$ 点存在两个 Dirac 锥，其自旋手性态与平板的上下表面相关。