压电Janus单层中的可调拓扑相变
材料科学
2025-11-18 v1
摘要
量子自旋霍尔（QSH）绝缘体是物质拓扑相的一个典型例子，其特征在于体相能隙内存在导电边缘模式。寻求可调的QSH态是开发基于QSH的拓扑器件的关键目标。在本研究中，我们采用第一性原理计算，识别出三种基于单层MAlGaTe4（其中M代表Mg、Ca或Sr）的应变可调QSH绝缘体。这些单层表现出动力学稳定性，在其声子色散中未检测到虚频模式。此外，它们具有压电特性，使其易于进行应变诱导的调控。虽然MgAlGaTe4在零应变下是常规绝缘体，但在施加外部应变时它转变为QSH相。相反，CaAlGaTe4和SrAlGaTe4在零应变下已表现出QSH相。有趣的是，在施加双轴应变时，这两种化合物发生相变，涵盖金属（M）、常规/平庸绝缘体（NI）和拓扑绝缘体（TI）相，从而说明了它们应变可调的电子和拓扑性质。特别是，(Ca, Sr)AlGaTe4在施加应变下经历M-TI/TI-M转变，而MgAlGaTe4还经历M-NI/NI-M转变，表明它是一种具有金属-绝缘体转变（MIT）特征的材料。值得注意的是，在MgAlGaTe4中观察到的金属-平庸绝缘体-拓扑绝缘体转变使其成为一个独特的材料平台，其中MIT和拓扑相变均可以通过相同的物理参数来控制。因此，我们的研究引入了一种以高度应变可调的电子和拓扑性质为特征的新型材料平台，为开发下一代低功耗拓扑器件提供了广阔前景。
引用
@article{arxiv.2401.13124,
title = {Tunable Topological Phase Transitions in a Piezoelectric Janus Monolayer},
author = {Tanshia Tahreen Tanisha and Md. Shafayat Hossain and Nishat Tasnim Hiramony and Ashiqur Rasul and M. Zahid Hasan and Quazi D. M. Khosru},
journal= {arXiv preprint arXiv:2401.13124},
year = {2025}
}
备注
37 pages, 13 figures