納米自旋電子材料與器件團隊
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紀維霄老師在二維铋碲薄膜中的量子自旋霍爾相變的研究取得進展,相關成果在J. Mater. Chem. C上發表。

  铋和碲原子具有相似的核外電子結構,但其構成的二維薄膜的拓撲性質卻迥然不同:铋烯是寬帶隙拓撲絕緣體而碲烯則表現為拓撲平庸态,這主要是由二者自旋-軌道耦合作用的強弱不同造成的。由于二者具有相似的晶格常數和結構,可以組成包含無損耗導電通道的拓撲-平庸納米異質結。本文通過第一性原理與緊束縛Wannier函數方法相結合,系統研究了二維(111)和(110)铋碲合金薄膜的幾何、電子和拓撲性質,發現(111)合金薄膜BixSb8-x的拓撲相變點為x=5,而(110)薄膜BixSb4-x則為x=3。其中(111)合金薄膜的拓撲-平庸轉變可以借助常見的p軌道能帶反轉機制進行解釋。通過對體系能帶結構的分析我們發現,碲原子摻雜的主要作用是減弱體系的自旋-軌道耦合強度,因此合金薄膜的拓撲态可以通過簡單比較體系中铋碲原子的個數來快速判定定,這一經驗判據将有助于實驗中拓撲材料的制備與和器件的設計等工作。

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