【QuantumATK亮点文章】单层过渡金属二硫化物边缘时间反演对称性的自发破缺

Posted · Add Comment

利用密度泛函理论（DFT）和格林函数方法，文章报道了三种单层过渡金属二硫族物（TMDs）MoS2、MoTe2和WTe2 的 1T’ 相的不同边缘上存在具有非共线自旋形态的磁性边缘态。磁性态是零带隙的，伴随着时间反演对称性的自发破缺。这可能会对使用WTe2作为量子自旋霍尔绝缘体的前景产生影响。此前有报道通过应用垂直电场可以关闭1T’ TMDS的拓扑保护边缘状态【X.Qian，J.Liu，L.Fu，J.Li，Science 3461344（2014）】。本文通过完全自洽的DFT计算，证实了拓扑边态确实可以被关闭，但所研究的磁性边缘状态是强壮的，并在外加电场时保持零带隙。

模型

文章所使用的二维材料边缘模型是半无限周期的单边缘模型（只有一个边缘），因此克服了条带模型中宽度受限、两个边缘的缺点。x方向左侧的周期边界条件（PBC）、Dirichlet 边界条件（DBC）确保了周期体系和边缘部分的正确连接，x方向右侧的Neumann边界条件（NBC）则是真空静电势的最自然边界条件。z方向的DBC除了确保了模型更符合真实情况（无需周期性）之外，还允许在真空方向上增加栅极（Gate）来调控边缘态。

使用最新的QuantumATK P-2019.03 可以十分方便的计算这类Surface模型的能带结构，以研究三维周期体系的表面态或者二维周期体系的边缘态。

从下图可以看出，这种模型与纳米条带模型相比，周围电场的情况有明显的不同。

MoS2的能带和三种不同的边缘

三种不同边缘的能带

电场的影响

参考

  1. Jelver, L., Stradi, D., Olsen, T., Stokbro, K. & Jacobsen, K. W. Spontaneous breaking of time-reversal symmetry at the edges of 1T’ monolayer transition metal dichalcogenides. Phys. Rev. B 99, 155420 (2019).（doi:10.1103/PhysRevB.99.155420；http://arxiv.org/abs/1812.09082）
  2. QuantumATK在材料表面与界面的计算中有独特的模型和方法：http://www.fermitech.com.cn/quantumatk/materials-interface/
  3. DFT-NEGF材料表面计算模型、方法与应用：http://www.fermitech.com.cn/quantumatk/surface-negf-model/
  4. QuantumATK P-2019.03新版发布：http://www.fermitech.com.cn/quantumatk/release-p-2019-03/

立即试用 QuantumATK！