階層化された半導体における弱いトポロジー絶縁体の予測

ハニカム格子でのAB initio計算により、弱いトポロジカル絶縁体の発見を報告します。弱いトポロジー絶縁体を形成するための前提条件として、原始ユニットセルに奇数の層を持つ構造を提案します。ここでは、単一層KHGSBは、0.24 eVの大きなバルクエネルギーギャップに最も適した候補です。その側面は金属表面状態をホストし、2つの異方性ディラックコーンを形成します。偶数層状構造の積み重ねは些細な絶縁体につながりますが、構造は、結晶の積み重ね障害として追加の単一層が存在する場合、大きなバルクギャップを備えた量子スピンホール層をホストできます。報告されたハニカム化合物は、層状の小節の半導体における新しい弱いトポロジー絶縁体の発見を支援するためのプロトタイプとして機能します。

We report the discovery of weak topological insulators by ab initio calculations in a honeycomb lattice. We propose a structure with an odd number of layers in the primitive unit cell as a prerequisite for forming weak topological insulators. Here, the single-layered KHgSb is the most suitable candidate for its large bulk energy gap of 0.24 eV. Its side surface hosts metallic surface states, forming two anisotropic Dirac cones. Although the stacking of even-layered structures leads to trivial insulators, the structures can host a quantum spin Hall layer with a large bulk gap, if an additional single layer exists as a stacking fault in the crystal. The reported honeycomb compounds can serve as prototypes to aid in the finding of new weak topological insulators in layered small-gap semiconductors.