Possibility of Realizing Quantum Spin Hall Effect at Room Temperature in Stanene/Al2O3(0001)
二维量子自旋霍尔（QSH）绝缘体具有合理的宽带隙是必不可少的各种创新技术的发展。通过系统的密度泛函计算和紧束缚模拟，我们发现锡烯在α-Al 2 O3表面上可能在Γ点处具有相当大的拓扑非平凡带隙（~0.25 eV）.此外，锡烯原子键合到衬底上，但与衬底电子解耦，在很大程度上提供高结构稳定性和隔离的QSH状态。基本的物理机制是相当普遍的，这一发现可能会导致打开一个新的前景，探索QSH绝缘体的室温器件应用。
2017-01-26 cond-mat.mtrl-sci
Strain-Induced Band Engineering in Monolayer Stanene on Sb(111)
锡的二维同素异形体锡烯具有低屈曲的蜂窝状结构，是一种理想的二维拓扑绝缘体，其带隙大于0.1 eV.理论工作还指出，锡烯的拓扑性质是通过应变调谐实现的。本文报道了利用分子束外延技术在Sb（111）表面成功地制备出了高质量的锡烯单层薄膜和锡烯单层纳米带，为锡烯的研究提供了一个理想的平台。更重要的是，我们观察到了一个连续的演变的电子带的锡烯整个纳米取向，这是有关的应变场梯度锡烯。实验证实了应变是锡烯能带工程的有效方法，这对锡烯的基础研究和应用具有重要意义。
2017-06-29 cond-mat.mtrl-sci
Band Gap Opening in Stanene Induced by Patterned B-N doping
锡烯是一种量子自旋霍尔绝缘体，是一种很有前途的电子和光电子器件材料。采用密度泛函理论（DFT）方法研究了单掺杂（B，N）和共掺杂（B-N）对锡烯禁带宽度的影响。研究了不同模式的硼氮共掺杂对锡烯电子性质的影响。图案化的B-N共掺杂打开了锡烯中的带隙，并且半导体性质随着应变而持续。分子动力学（MD）模拟证实了这种掺杂系统的热稳定性。应力-应变研究表明，这种掺杂体系与纯锡烯一样稳定。我们的功函数计算表明，锡烯和掺杂锡烯具有比石墨烯低的功函数，因此有希望的材料，为电子器件和电子器件。
2016-12-30 cond-mat.mtrl-sci
Engineering ideal helical topological networks in stanene via Zn decoration
拓扑绝缘体的xene家族在拓扑电子、自旋电子和谷电子器件的许多提议中起着关键作用。这些建议依赖于施加局部扰动，包括电场和邻近磁场，诱导拓扑相变的xenes。然而，这些技术缺乏对拓扑区域之间的界面的几何形状的控制，这是工程拓扑设备的一个关键方面。我们提出吸附原子装饰作为在Xenes中工程原子精确拓扑边缘模式的方法。我们的第一性原理计算表明，锡烯只在两个子晶格中的一个上修饰Zn原子，诱导了从量子自旋霍尔（QSH）到量子谷霍尔（QVH）的拓扑相变，并证实了自旋谷极化边缘模在QSH/QVH界面上的存在.最后，我们讨论这些边缘模式的技术应用，使原子的精度所提供的adatom操纵技术的最新进展。
2022-03-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Realizing an Epitaxial Stanene with an Insulating Bandgap
锡烯是一种具有蜂窝晶格结构的锡单原子层，被预测为一种候选的宽带隙二维（2D）拓扑绝缘体，通过不同的表面修饰，可以承载有趣的拓扑态，如量子反常霍尔效应和拓扑超导性。尽管密集的研究工作，人们仍然不能获得散装绝缘锡烯样品的任何运输研究和应用的锡烯的先决条件。在这里，我们展示了通过使用PbTe（111）衬底的具有绝缘体带隙的外延锡烯的实验实现。利用低温分子束外延技术，我们可以在PbTe（111）上生长单层锡烯。原位角分辨光电子能谱显示锡烯的特征带，其费米能级位于带隙内。在PbTe中掺杂Sr去除了位于锡烯间隙中的衬底状态，导致具有真正绝缘体的锡烯样品。这一实验进展为锡烯拓扑量子效应的研究奠定了基础。
2018-10-04 cond-mat.mtrl-sci
Epitaxial Growth of Two-Dimensional Stanene
超薄半导体呈现出各种新颖的电子特性。第一个实验实现的二维（2D）材料是石墨烯。寻找具有重元素的二维材料引起了人们对Si、Ge和Sn的关注。通过分子束外延（MBE）生长实现了2D屈曲Si基硅烯1，2。锗基锗烯是通过机械剥离实现的3。锡基锡烯具有独特的性质。锡烯及其衍生物可以是2D拓扑绝缘体（TI），具有由第一原理计算提出的非常大的带隙4，或者可以支持增强的热电性能5，拓扑超导性6和近室温量子反常霍尔（QAH）效应7。在这项工作中，我们第一次报告了一个成功的制造二维锡烯分子束外延。通过扫描隧道显微镜（STM）和角度分辨光电子能谱（ARPES）结合第一性原理计算确定了原子和电子结构。本工作将促进锡烯的实验研究和应用前景的探索。
2015-06-04 cond-mat.mtrl-sci
Stanene: Atomically Thick Free-standing Layer of 2D Hexagonal Tin
二维（2D）层状材料最近获得了新的兴趣，由于其奇异的电子性能以及高比表面积。在传感、催化、能量存储、保护涂层和电致变色中利用这些特性的前景已经见证了对这些复杂的2D材料的探索的范式转变。石墨烯（1）是这些基本2D材料中的第一种，其示例性性能在研究替代2D材料的过程中引发了失控效应。尽管石墨烯具有可调的奇异电子性质（2），但自旋-轨道（SO）耦合较弱（3），限制了其作为自旋过滤器、拓扑绝缘体等的应用。拓扑绝缘体通过其本身的性质迫使电子以非常高的速度在表面上行进，从而在电子和光子器件中找到有用的应用。使用第一性原理计算对IV族元素的探索揭示了SO耦合随着蜂窝晶格中基础原子的原子量而增加（4）。锡是该系列中最重的元素之一，具有强的自旋轨道耦合，使其成为室温拓扑绝缘体的有希望的应用者。因此，迫切需要在后石墨烯时代发现新的2D材料以克服其不足。我们合成并研究了二维材料中的光学跃迁，称为少层锡烯（FLS）。这些类似于少层石墨烯，可以通过在石墨烯晶格上用锡取代碳原子来可视化。我们已经能够合成从单原子层到几个原子层的独立锡烯，并使用紫外-可见吸收光谱、拉曼光谱和光致发光光谱对其进行光学表征。用第一性原理计算解释了实验结果。
2015-05-19 cond-mat.mtrl-sci
High-buckled R3 stanene with topologically nontrivial energy gap
锡烯被预测为二维拓扑绝缘体（2DTI）。它的低屈曲原子几何结构和增强的自旋轨道耦合有望引起显著的量子自旋霍尔（QSH）效应。然而，迄今为止，大多数实验生长的锡烯显示金属状态，没有真正的间隙，可能是由于与衬底的化学耦合和衬底施加的应力。在这里，我们展示了一个有效的方式调整的原子屈曲的锡烯打开一个拓扑非平凡的能隙。通过调节生长动力学，我们在Bi（111）衬底上不仅得到了低屈曲的1x1锡烯，而且得到了出乎意料的高屈曲的R3xR3锡烯。扫描隧道显微镜（STM）研究结合密度泛函理论（DFT）计算证实了R3xR3锡烯是一个畸变的1x1结构，在每三个1x1晶胞中有一个高屈曲的Sn。高屈曲的R3xR3锡烯有利于在Γ点处的大能带反转，并且自旋轨道耦合打开拓扑非平凡的能隙。在STM测量和DFT计算中验证的边缘态的存在进一步证实了R3xR3锡烯的拓扑结构。这项研究提供了一种替代的方式来调整单层2DTI材料的拓扑结构。
2017-07-26 cond-mat.mtrl-sci
Band splitting in bilayer stanene electronic structure scrutinized via first principle DFT calculations
最近的工作，锡烯作为量子自旋霍尔绝缘体，我们研究双层锡烯使用第一性原理计算。目的是通过调节双层膜的堆积顺序（和角度）来改善和开发新的性能。这种层的堆叠已经被证明是用于调节单层材料的性质的技术。在这里，我们设计了具有不同堆叠角度以及AA和AB配置的多个双层系统。相反，观察到由于自旋轨道耦合（SOC）的带隙的改善，我们见证了由于SOC的带的分裂，堆叠的MoS2片的特征行为。带的这种分裂产生不同的、独立的和独特的自旋向上和自旋向下通道，表现出谷依赖的自旋极化。另外，作为堆叠MoS2系统的对比，我们注意到在我们的系统中堆叠角度和顺序确实影响电子态。
2019-01-23 cond-mat.mtrl-sci
BaSn$_2$: A new, wide-gap, strong topological insulator
BaSn $_2$已被证明是由钡离子~\cite{Kim_2008}插入的屈曲锡烯层形成的。然而，尽管显然是简单的合成和显着的兴趣，锡烯作为拓扑材料，BaSn $_2$已留下了很大程度上未开发的，只是最近才被认为是一个潜在的拓扑绝缘体。它既不属于铅也不属于铋硫族化物家族，它将代表拓扑绝缘相的独特表现。在这里，我们提出了一个详细的调查BaSn $_2$，使用{\it从头计算}和实验方法。第一性原理计算表明，这种被忽视的材料确实是一种强拓扑绝缘体，其体带隙为360 meV，是拓扑绝缘体中观察到的最大带隙之一。我们表征的表面状态依赖于终止化学，提供指导的实验努力，以测量和操纵其拓扑性质。此外，通过{\it ab initio}建模和合成实验，我们探索了该相的稳定性和可及性，揭示了复杂的相图，表明获得单晶的具有挑战性的路径。
2016-09-22 cond-mat.mtrl-sci
Seebeck and Nernst effects in topological insulator: the case of strained HgTe
从理论上研究了应变碲化汞在拓扑绝缘体相中的热电输运性质。我们开发了一个模型的系统使用狄拉克哈密顿量，包括由碲化汞和碲化镉衬底之间的界面引起的应变的影响。假设电子被电荷杂质散射，探讨了电导率张量，而热电势张量使用莫特关系解决。Seebeck和Nernst响应表现出显着的增强与其他二维狄拉克材料，如石墨烯，锗烷，prosphorene和锡烯相比。这些热电响应的强度，它们与外部垂直磁场和温度的依赖关系也得到了解决。
2021-07-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Inversion symmetry protected topological insulators and superconductors
三维拓扑绝缘体是一类具有强的无隙边界激发的量子相，它受到时间反转、电荷守恒和自旋旋转对称等全局对称性的保护.在这项工作中，我们系统地研究了另一类拓扑相位的弱相互作用的电子保护的空间反演对称性，通常不支持稳定的无隙边界状态。我们在K理论的框架下对这些反转对称的拓扑绝缘体和超导体进行了分类，并构造了它们的晶格模型。我们还讨论了这些反转保护的拓扑相位，这是他们的实验签名的量化响应函数。
2014-03-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Nonresonant Casimir-Polder repulsion with a monolayer topological insulator
本文研究单层拓扑绝缘体附近二能级原子所受非共振 Casimir-Polder 力，发现其在远场特定范围内可表现为排斥力，并以激光照射锡烯为例分析了电导率色散对力行为的影响。
2025-05-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Second Order Topological Insulator State in Hexagonal Lattices and its Abundant Material Candidates
我们提出了两种在无自旋六角晶格中实现二阶拓扑绝缘体（SOTI）态的机制，六方晶格的化学修饰和反Kekulé/Kekulé畸变。相应地，我们构建了两个模型，并证明了在反演对称性（$\textit{P}$）和时间反演对称性（$\textit{T}$）的存在下，由第二Stiefel-Whitney类$w_2$表征的SOTI态的非平凡能带拓扑。基于这两种机制，利用第一性原理计算和对称性分析，我们预测了三类实轻元素材料候选者，氢化和卤化的2D六方IV族材料XY（X=C、Si、Ge、Sn，Y=H、F、Cl），2D六方V族材料（蓝色磷烯、蓝色砷烯和黑色磷烯、黑色砷烯），以及最近实验合成的反Kekulé/Kekulé有序石墨烯和硅烯/锗烯/锡烯的对应物。我们明确地证明了非平凡的拓扑不变量和存在的受保护的角状态与分数电荷的这些候选人与巨大的体带隙（高达3.5 eV），这可以方便的STM的实验验证。我们的方法和提出的丰富的真实材料候选人将大大丰富二维SOTI和促进其有趣的物理研究。
2021-08-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Dumbbell Stanane: A large-gap quantum spin Hall insulator
量子自旋霍尔（QSH）效应在自旋电子学和量子计算中有很好的应用前景，但目前只能在超低温下实现。寻找大间隙QSH绝缘子是提高QSH运行温度的关键。使用第一性原理计算，我们证明了稳定的氢化锡烯与哑铃状结构（DB锡烷）具有大的拓扑非平凡的带隙为312 meV（伽马点）和160 meV的散装其特征在于由拓扑不变量Z 2 =1，由于s-pxy带反转。在纳米结构中出现了螺旋形的无带隙边缘态，具有与石墨烯相当的高费米速度。非平凡拓扑态对衬底效应具有鲁棒性。该材料的实现为室温下量子阱效应的应用提供了一种可行的解决方案，有利于高速自旋电子学器件的制备。
2015-05-16 cond-mat.mtrl-sci
A new superconductor derived from topological insulator heterostructure
拓扑超导体（TSC）是当前的重要兴趣，因为它们为寻找马约拉纳费米子提供了有前途的平台。在这里，我们报告了一种新的超导体的合成插入到自然形成的拓扑绝缘体（TI）的异质结构由非拓扑PbSe单元分离的Bi 2 Se 3 TI单元。在TI基超导体中，这种材料的比热行为首次表明了具有间隙节点的非常规超导性的发生。在强自旋-轨道耦合超导体中，能隙节点的存在会导致自旋分裂的Andreev束缚态，这是拓扑超导性的标志。因此，这种新的超导体成为一个有趣的候选TSC。
2014-04-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Topological Crystalline Insulators and Topological Superconductors: From Concepts to Materials
本文综述了拓扑绝缘体以外的拓扑材料的最新研究进展，特别是拓扑晶体绝缘体和体相拓扑超导体。阐述了这些新拓扑材料的基本概念、模型哈密顿量和新颖的电子性质。的关键作用的对称性，其拓扑性质的基础上阐明。讨论了它们在材料实现中的关键问题。
2015-01-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Anomalous Energy Transport across Topological Insulator Superconductor Junctions
本文用散射波方法导出了拓扑绝缘体/超导体结界面热流公式，研究了结中的非平衡能量输运。发现了一些反常的热性质，如热能的克莱因隧穿、非对称Kapitza电阻和负微分热阻。我们期望这些发现可以在各种杂化介观系统的能量控制中有潜在的应用。
2013-04-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Nontrivial surface topological physics from strong and weak topological insulators and superconductors
我们研究了强、弱拓扑绝缘体和超导体表面上的态，这些态都被对称破缺项带隙。众所周知，由磁性材料带隙的强3D拓扑绝缘体的表面具有半量子霍尔效应。此外，已知被电荷密度波带隙的弱3D拓扑绝缘体的表面表现出半量子自旋霍尔效应。为了将这些结果推广到所有的拓扑绝缘体和超导体的Altland-Zirnbauer对称类，我们利用Clifford代数的表示理论重新生成了这10个对称类的分类表，并构造了最小尺寸的Dirac哈密顿量.我们发现，如果表面维数和对称类具有$\mathbb{Z}$或$\mathbb{Z}_2$拓扑不变量，那么所得到的表面态与缺口对称破缺项可能有一个非平凡的拓扑相位。
2014-10-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
New Family of Quantum Spin Hall Insulators in Two-dimensional Transition-Metal Halide with Large Nontrivial Band Gaps
拓扑绝缘体（TI）由于在绝缘体带隙内具有强的无带隙态，有望实现无耗散输运器件。然而，目前实现的2D TI，量子自旋霍尔（QSH）绝缘体，遭受超高真空和极低的温度。因此，寻找实验制备可行性高、带隙大的量子SH绝缘体对于自旋电子学的广泛应用具有重要意义。基于第一性原理计算，我们预测了过渡金属卤化物MX中一个新的二维QSH绝缘体族（M = Zr，Hf; X = Cl、Br和I）单层，具有0.12 $-$ 0.4 eV的大的非平凡带隙，与铋（111）双层相当（0.2 eV）、锡烯（0.3 eV）和大于ZrTe $_5$（0.1 eV）的单层和石墨烯基夹层异质结构（30 $-$ 70 meV）。它们对应的三维块体材料是由QSH层堆叠而成的弱拓扑绝缘体，并且部分块体化合物已经在实验中合成。该系统中的二维QSH效应源于一种新的d $-$ d带反转，它不同于传统的s $-$ s轨道或p $-$ p轨道之间的带反转.纯层状MX单层的实现可以通过从它们的3D体相剥离来制备，从而为纳米级器件应用带来巨大希望，并刺激对基于过渡金属的QSH材料的进一步努力。
2015-12-14 cond-mat.mtrl-sci
Direct evidence of intercalation in a topological insulator turned superconductor
用高分辨透射电子显微术研究了一种由于Cu掺杂而具有超导性质的拓扑绝缘体Bi_2Se_3，首次提供了它的嵌入位置的直接证据。当沿[-1-1 2 0]方向投影时，仔细的研究表明在该材料中存在两个嵌入位点。还从投影电势计算了插层晶胞的化学计量。
2012-03-09 cond-mat.mtrl-sci
Analysis of Topological Transitions in Two-dimensional Materials by Compressed Sensing
量子自旋霍尔绝缘体（QSHI），即，近年来，具有受保护能带反转的二维拓扑绝缘体（TI）吸引了相当大的科学兴趣。在这项工作中，我们已经计算了220个功能化蜂窝晶格的拓扑Z2不变量，这些功能化蜂窝晶格与功能化石墨烯是等电子的。除了确认TI字符的知名材料，如官能化锡烯，我们的研究确定了45个尚未报告的QSHIs。我们应用压缩传感方法来识别Z2不变量的物理上有意义的描述符，该描述符仅取决于材料的组成原子的性质。这使我们能够绘制一张材料图，其中金属，平凡的绝缘体和QSHI形成不同的区域。这种分析产生了基本的见解的机制驱动拓扑结构的转变。所识别的模型的可转移性被明确地证明为具有不同功能化的另外一组蜂窝晶格，其不是用于识别描述符的220种石墨烯型材料的原始组的一部分。在这门课上，我们预测了74种尚未在文献中报道的新的QSHIs。
2018-05-28 cond-mat.mtrl-sci
Electronic Evidence of an Insulator-Superconductor Transition in Single-Layer FeSe/SrTiO3 Films
在高温铜氧化物超导体中，现在普遍认为母体化合物是莫特绝缘体，并且通过掺杂反铁磁莫特绝缘体来实现超导性。然而，在铁基超导体中，母体化合物主要是反铁磁金属，这就引发了一场争论，即一个合适的起点应该是一个巡回的图片还是一个局部的图片。理论上曾提出铁基超导体的母体化合物可能处于莫特绝缘体的边缘，但迄今为止还没有掺杂诱导莫特转变的明确实验证据。在这里，我们报告的绝缘体-超导体的转变观察到的单层FeSe薄膜生长在SrTiO 3衬底上的电子证据。通过对电子结构和能隙进行角分辨光电子能谱测量，我们确定了随着掺杂的增加，绝缘体向超导体的明显演变。这一观察结果代表了在铁基超导体中通过掺杂观察到的绝缘体-超导体转变的第一个例子。这表明铁基超导体的母体化合物接近于莫特绝缘体，在描述铁基超导体时应考虑强电子关联。
2014-01-28 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Disappearance of Nodal Gap across the Insulator-Superconductor Transition in a Copper-Oxide Superconductor
氧化铜高温超导体的母体化合物是莫特绝缘体。超导性是通过掺杂适量的载流子来实现的。莫特绝缘体如何转变为超导体是理解高温超导体的特殊物理性质和超导机制的关键。本文报道了重欠掺杂Bi_2Sr_（2-x）La_xCuO_（6 +d）系统的高分辨角分辨光电发射测量。轻掺杂样品的电子结构表现出一些特征：沿波节方向存在能隙，沿费米面存在类d波各向异性的能隙，光电子能谱中相干峰和宽峰共存.我们的研究结果揭示了一个明确的绝缘体超导体的转变在临界掺杂水平为0.10的节点能隙接近零，三维反铁磁秩序消失，超导性开始出现。这些观测清楚地表明了节隙、反铁磁性和超导性之间的密切联系。
2014-06-29 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
