SiC(0001) 表面硅烯中超越 $\pi$ 轨道的拓扑 Dirac 态

石墨烯中与 Dirac 态相关的新奇特性的发现，激发了人们探索其二维第 IV 族对应物（如硅烯、锗烯和锡烯）的巨大兴趣。然而，这些材料必须通过在具有强界面相互作用的衬底上合成来获得，这通常会破坏其本征的 $\pi$($p_z$) 轨道 Dirac 态。在本文中，我们报告了一项理论研究，探讨了 4H-SiC(0001) 上硅烯中由 $p_{x,y}$ 轨道而非 $p_z$ 轨道产生的 Dirac 态，这些态在强界面相互作用下依然存在。我们还表明，交换场与自旋轨道耦合共同产生了 1.3 meV 的可探测带隙。Berry 曲率计算证明了此类 Dirac 态具有 Chern 数 $C = 2$ 的非平庸拓扑性质，展现了在 SiC(0001) 上的硅烯中实现量子反常霍尔效应的潜力。最后，我们构建了一个最小有效模型来描述该系统的低能物理。这一发现预计也适用于锗烯和锡烯，并意味着在纳米电子学中具有巨大的应用潜力。