纳米自旋电子材料与器件团队
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纪维霄老师在二维铋碲薄膜中的量子自旋霍尔相变的研究取得进展,相关成果在J. Mater. Chem. C上发表。

  铋和碲原子具有相似的核外电子结构,但其构成的二维薄膜的拓扑性质却迥然不同:铋烯是宽带隙拓扑绝缘体而碲烯则表现为拓扑平庸态,这主要是由二者自旋-轨道耦合作用的强弱不同造成的。由于二者具有相似的晶格常数和结构,可以组成包含无损耗导电通道的拓扑-平庸纳米异质结。本文通过第一性原理与紧束缚Wannier函数方法相结合,系统研究了二维(111)和(110)铋碲合金薄膜的几何、电子和拓扑性质,发现(111)合金薄膜BixSb8-x的拓扑相变点为x=5,而(110)薄膜BixSb4-x则为x=3。其中(111)合金薄膜的拓扑-平庸转变可以借助常见的p轨道能带反转机制进行解释。通过对体系能带结构的分析我们发现,碲原子掺杂的主要作用是减弱体系的自旋-轨道耦合强度,因此合金薄膜的拓扑态可以通过简单比较体系中铋碲原子的个数来快速判定定,这一经验判据将有助于实验中拓扑材料的制备与和器件的设计等工作。

Quantum spin Hall phase transitions in two-dimensional SbBi alloyfilms

Wei-xiao Ji,*   Chang-wenZhang,*   Meng Ding,   Ping Li and    Pei-ji Wang

J. Mater. Chem. C, 2017,5, 2649-2655

DOI: 10.1039/C7TC00042A

Received 05 Jan 2017, Accepted 10 Feb 2017

First published online 14 Feb 2017