晶体超晶格中极化织构的理论

近年来，拓扑非平庸的极化织构已在纳米尺度系统中被预测和观测。尽管这些极化织构在应用方面有趣且具前景，但其拓扑结构总体上尚待充分理解。例如，拓扑极化结构与能带拓扑之间的关系尚未被探索，且极性畴结构通常在拓扑平庸系统中考虑。特别是，晶体超晶胞中的局域极化定义不明确，且通常使用不满足规范不变性的近似进行计算。此外，超晶胞中的局域极化通常通过涉及更小原胞的计算来近似，这意味着与超晶胞电子结构的联系丢失了。在本工作中，我们提出了一种规范不变且可直接从超晶胞无近似计算的局域极化定义。我们利用对公度双层六方氮化硼的第一性原理计算表明，我们的局域极化表达式在原胞层面给出正确结果，这是莫尔超晶格中局域极化的第一近似。我们还通过有效模型说明局域极化可直接在实空间中计算。最后，我们讨论了极化与能带拓扑之间的关系，对此正确的极化织构定义至关重要。