硅烯中的谷极化金属和量子反常霍尔效应

硅烯是硅原子形成的单层二维蜂窝状晶格，几乎具有石墨烯的所有显著性质。由于其翘曲结构，硅烯的低能结构由具有相对较大自旋-轨道相互作用的狄拉克电子描述。关键发现是，通过向硅烯片施加电场可以调控其能带结构。我们探索了硅烯在交换场$M$和施加电场$E_{z}$下的相图。出现了量子反常霍尔（QAH）绝缘体、谷极化金属（VPM）、边缘谷极化金属（M-VPM）、量子自旋霍尔（QSH）绝缘体和能带绝缘体（BI）。它们由陈数或纳米带的边缘模式表征。有趣的是，在VPM中，对于$E_{z}>0$，电子从K点的导带移动到K'点的价带。我们在QAH相中发现平坦的无能隙边缘模式出现，并且自旋形成动量空间斯格明子从而产生陈数。值得注意的是，仅通过改变单个硅烯片中的电场就可以诱导拓扑量子相变。