四方铋双层：一种稳定且稳健的量子自旋霍尔绝缘体
材料科学
2015-11-27 v1
摘要
拓扑绝缘体（TIs）展现出新颖的物理现象，对新型器件大有前景，但识别具有高空结构稳定性和大非平凡带隙以适应实际应用的拓扑绝缘体仍面临相当挑战。本文通过第一性原理计算预测在四方铋双层（TB-Bi）结构中存在一种二维（2D）拓扑绝缘体，也称为量子自旋霍尔（QSH）绝缘体，基于声子计算和有限温度分子动力学模拟，该结构是动力学和热稳定的。密度泛函理论和紧束缚计算揭示了由强内禀自旋轨道耦合驱动的Bi-p轨道之间的能带反转，产生大的非平凡带隙，并可通过适度应变有效调节。螺旋无隙边缘态展现出线性色散，其高费米速度与石墨烯相当，且QSH相在NaCl衬底上保持稳健。这些显著性质使TB-Bi成为用于高速自旋电子器件最有前途的2D TIs之一，本文结果为这一新Bi结构中有趣的QSH现象提供了见解，并为其潜在应用中的实现提供指导。
引用
@article{arxiv.1510.07761,
title = {Tetragonal Bismuth Bilayer: A Stable and Robust Quantum Spin Hall Insulator},
author = {Liangzhi Kou and Xin Tan and Yandong Ma and Hassan Tahini and Liujiang Zhou and Ziqi Sun and Aijun Du and Changfeng Chen and Sean C Smith},
journal= {arXiv preprint arXiv:1510.07761},
year = {2015}
}
备注
Accepted by 2D Materials. arXiv admin note: text overlap with arXiv:1505.04277 by other authors