二维 Dirac 半导体及其材料实现
材料科学
2022-02-02 v1
摘要
我们提出二维（2D）Dirac 半导体的新概念，其特征是能带边附近出现四重简并的能带交叉，并在材料科学领域给出实现这一新型半导体的通用方法。基于第一性原理计算与对称性分析，我们发现近期合成的三层（TL）-BiOS2 正是这样一种 Dirac 半导体，其在 X/Y 点具有受非对称对称性保护的 Dirac 锥。由于夹心状结构，TL-BiOS2 中的每个 Dirac 费米子可视为两个具有相反手性的 Weyl 费米子的组合，在动量-能量空间简并在实空间分离。此类 Dirac 半导体具有此前从未报道过的层依赖螺旋自旋纹理。此外，TL-BiOS2 中可灵活实现新颖的拓扑相变：（i）垂直电场可驱动其进入具有可切换自旋极化方向的 Weyl 半导体；（ii）广泛应变能够产生铁电极化，并驱动其在 X 点周围形成 Weyl 节环以及在 Y 点形成另一类四重简并点。我们的工作将 Dirac 费米子拓展至半导体体系，并为在拓扑材料中集成自旋电子学与光电子学提供了有前景的途径。
引用
@article{arxiv.2103.08024,
title = {Two-dimensional Dirac semiconductor and its material realization},
author = {Botao Fu and Chao He and Da-Shuai Ma and Zhi-Ming Yu and Yong-Hong Zhao and Yugui Yao},
journal= {arXiv preprint arXiv:2103.08024},
year = {2022}
}
备注
5 pages, 3 figures