非均匀电场下硅烯中的拓扑绝缘体与螺旋零模

硅烯是由硅原子单层形成的二维蜂窝状晶格，它与石墨烯几乎共享所有显著性质。由于硅烯的屈曲结构，其低能结构由具有相对较大自旋轨道相互作用的 Dirac 电子描述。关键观察是，通过向硅烯片施加电场可以控制其能带结构。特别是，在某一临界电场下能隙闭合。通过考察硅烯纳米带的能带结构，我们证明了随着电场的增加，发生了从拓扑绝缘体到能带绝缘体的拓扑相变。我们还表明，通过将局部电场调节至该临界值，可以在硅烯片的任意位置产生螺旋零模。该区域可以作为量子线或被拓扑绝缘体和/或能带绝缘体包围的量子点。我们基于低能有效 Dirac 理论显式构造了一些简单几何构型的波函数。这些结果同样适用于锗烯，即由锗构成的二维蜂窝状结构。