Materials Studio 案例分享:双轴拉伸应变诱发二维SbAs半导体-拓扑绝缘体转变

Stibarsen或allemontite,是一种天然的锑化砷(SbAs),与砷和锑具有相同的层状结构。因此,对二维SbAs纳米片的研究对于深入了解V-V基团化合物在原子尺度上的性质具有重要意义。在这里,我们提出了一类二维V-V蜂窝二元化合物,SbAs单分子层,它可以从半导体调谐到拓扑绝缘体。通过密度泛函理论计算,α-SbAs和γ-SbAs显示显著的直接带隙,而另一些则间接带隙。有趣的是,在一个原子薄层β-SbAs同构异形体,spin-orbital耦合非常显著,使带隙降低了200meV。特别是在双轴拉伸应变下,β-SbAs的带隙会随着形状的变化而变化,这使人联想到许多拓扑绝缘体中已知的带反转。我们发现β-SbAs在拉伸应变为12%时,Z2拓扑不变量是1,并且β-SbAs的非平凡拓扑特征也由在Γ点线性交叉的无间隙的边缘状态证实。这些超薄的V-V群半导体具有优异的性能,非常适合在光电子器件和量子自旋霍尔器件中应用。

 

南京理工大学曾海波教授课题组,张胜利等老师基于Materials Studio建立了V-V族二维半导体的基本物理图像,即未开发的蜂窝结构的SbAs,它可以从半导体调整到拓扑绝缘体。通过密度泛函理论(DFT)计算,计算了SbAs多晶型的结合能和声频色散,验证了它们的热力学和动力学稳定性。我们发现α-SbAs和γ-SbAs直接带隙半导体,而另一些则间接半导体。在蜂窝状α-SbAs,β-SbAs,γ-SbAs,δ-SbAs, 和ε-SbAs,β-SbAs环扣结构是最稳定的结构,和它的对应块体标准条件下存在。有趣的是,β-SbAs同构异形体的spin-orbital耦合非常显著导致带隙减少200meV。双轴拉伸应变下,随形状的相应变化β-SbAs的带隙可以关闭、重新打开,这让人想起在许多拓扑绝缘体中的能带反转。我们进一步证实了β-SbAs单层的非平凡拓扑特性,通过在拉伸应变为12%下的Γ点处线性交叉无间隙的边缘态。因此,二维β-SbAs单层是实现量子自旋霍尔(QSH)效应的一种很有前途的候选材料。

 

Materials Studio 案例分享:双轴拉伸应变诱发二维SbAs半导体-拓扑绝缘体转变Materials Studio 案例分享:双轴拉伸应变诱发二维SbAs半导体-拓扑绝缘体转变

 

* PHYSICAL REVIEW B 93, 245303 (2016)

5
相关软件
BIOVIA Materials Studio是一个完整的建模和模拟环境,旨在让材料科学和化学研究人员预测和理解材料的原子和分子结构与其特性和行为之间的关系。使用材料工作室,许多行业的研究人员正在设计性能更好的各类材料,包括催化剂、聚合物、

评论

发表评论

相关阅读