扭曲工程化稳健量子自旋哈尔态于β/平面双层异构结构
材料科学
2026-04-16 v1
摘要
扭曲两维材料中拓扑相的工程化提供了一种超越常规应变或化学控制的电子结构调制途径。特别是，由于其强固有自旋轨道耦合（SOC）和稳健的拓扑特性，族15（反位构元素）单层材料如双金刚石（bismuthene）提供了一个理想平台。本文研究了一个此前未探索的异构结构，由一个旋转30度的β-双金刚石单层层覆于稳定于SiC(0001)基底上的平面双金刚石层。通过第一性原理计算，我们展示了这种特定的旋转对准导致独特的层间轨道杂化，结合强SOC和自然失去的反演对称性，产生显著的鲁萨巴自旋分裂，这在单个单层中不存在。通过计算Z2拓扑不变式和自旋哈尔电导率（SHC），确认了该系统的拓扑性质，揭示其具有增强的拓扑响应，与单个层相比更为稳健。此外，我们通过Sb取代探索了该系统的化学可调性，结果表明SOC的逐渐减弱系统性地缩小带隙，但保持非平凡拓扑。我们的结果建立了大角度扭曲族15异构结构作为工程化自旋轨道驱动现象和发展拓扑自旋器件平台的通用性。
引用
@article{arxiv.2604.13960,
title = {Twist-engineering of a robust Quantum Spin Hall phase in $\beta$-/flat bismuthene bilayer from first principles},
author = {Umberto Pelliccia and Alberto M. Ruiz and Diego López-Alcalá and Gonzalo Abellán and Rafael Gonzalez-Hernandez and José J. Baldoví},
journal= {arXiv preprint arXiv:2604.13960},
year = {2026}
}