Sb-graphene-Sb異質結中Z2拓撲相的第一性原理研究.pdf

1、二維拓撲絕緣體已被大量研究。具有強自旋軌道耦合的二維材料，例如具有層狀結構的二維Bi，Sb，Bi2Se3和Bi2Te3材料是拓撲絕緣體。相對于具有強自旋軌道耦合的二維材料，具有弱自旋軌道耦合的二維材料，包括石墨烯和硅稀，具有很高的電荷遷移率和熱導。然而，它們的自旋軌道耦合帶隙太小，并不是拓撲絕緣體。因此我們結合類石墨烯材料的特性和拓撲絕緣體的獨特性質，研究了如何在類石墨烯材料中實現(xiàn)非平凡的Z2拓撲相。
　　在本文中，我們分別用具有

2、強自旋軌道耦合作用材料Sb和Bi雙層包夾石墨烯單層，試圖在石墨烯中誘導出非平凡的Z2拓撲相。通過第一性原理計算，我們發(fā)現(xiàn)，石墨烯與 Sb和 Bi雙層形成的異質結具有非常不同的性質。Bi/graphene/Bi體系沒有帶隙，不是拓撲絕緣體，而Sb/graphene/Sb體系有帶隙，是拓撲絕緣體。對體系的差分電荷密度的分析表明，在石墨烯和磷族元素雙層之間形成了一個極化場，拉低了石墨烯的能帶。在Bi/graphene/Bi體系中，石墨烯的狄拉

3、克點(DP)位于Bi雙層的價帶頂(VBM)以下，而在Sb/graphene/Sb體系中， DP位于Sb雙層的帶隙中。我們通過計算時間反演不變點處價帶波函數(shù)的宇稱得到了 Z2指數(shù)，表明 Sb/graphene/Sb體系為拓撲絕緣體，在石墨烯的狄拉克點處發(fā)生了能帶翻轉。我們進一步發(fā)現(xiàn)應變能夠調控該體系的拓撲相，并且拓撲相變與Sb雙層的厚度有關。
　　我們的研究表明，通過近鄰作用能夠在石墨烯中誘導出非平凡的Z2拓撲相，但是成功的可能性取