Phys. Rev. Lett.：AMgBi正交晶系化合物（A = Li,Na,K）中的反鐵電性拓撲絕緣體

【引言】

拓撲絕緣體代表一種全新的量子態，具有奇特的性質，如強烈的邊緣電流及自旋-動量鎖定現象。正是這些獨特的性質促使拓撲絕緣體在磁單極子和馬約拉納費米子的基礎研究中、乃至在容錯量子計算機中得以應用。

【成果簡介】

近日，羅格斯大學的Bartomeu Monserrat在Phys. Rev. Lett.上發表了題為“Antiferroelectric Topological Insulators in Orthorhombic AMgBi Compounds (A = Li, Na, K) ”的文章。在這篇文章中，研究人員將反鐵電性拓撲絕緣體作為一類新的功能材料，利用電場來控制拓撲次序并誘導拓撲相變。通過使用第一性原理方法來預測AMgBi正交晶系化合物（A = Li,Na,K）是反鐵電性拓撲絕緣體。結果還顯示了外延應變和靜水壓力可用于調整這些化合物的拓撲順序和帶隙。反鐵電性拓撲絕緣體可以利用電場來實現對拓撲結構的精確控制，增強拓撲材料在電子和自旋電子學中的適用性。

【圖文導讀】

圖一：極性與電場的關系

(a) 鐵電性拓撲絕緣體示意圖。

(b) 具有對極正常絕緣體（NI）狀態和兩個極性拓撲絕緣體（TI）狀態的反鐵電性拓撲絕緣體示意圖。在本文中被稱為I型反鐵電性拓撲絕緣體。

圖二：LiMgBi化合物的帶隙關于外延應變的函數

使用LDA計算得到的極性P6₃mc（頂）和對極Pnma（底）結構的LiMgBi化合物的帶隙關于外延應變的函數。P6₃mc結構表現為拓撲絕緣體（TI）、Weyl半金屬（WSM）和正常絕緣體（NI）的區域，而Pnma結構呈現金屬和正常的絕緣體相。注意，應變為0的Pnma結構與平衡Pnma結構不同，這是由于面內晶格參數必須遵守比率。

圖三：極性P63mc LiMgBi的帶結構

極性P63mc LiMgBi的帶結構，其對應于正常絕緣體的-2.9％（左）和對應于拓撲絕緣體的±0.3％（右）。

圖四：KMgBi化合物的帶狀結構關于靜水壓力的函數

使用LDA計算得到的極性P6₃mc（上）和對極Pnma（底部）結構的KMgBi化合物的帶狀結構關于靜水壓力的函數。P6₃mc結構表現出拓撲絕緣體（TI）狀態和金屬狀態，而Pnma結構顯示拓撲絕緣體和正常絕緣體（NI）相。

【小結】

在這篇文章中，作者提出了一種新型功能材料，即反鐵電性拓撲絕緣體，可以利用電場來誘導拓撲相變并控制拓撲學順序。使用第一性原理方法，研究人員得出AMgBi正交晶系化合物可用于探索反鐵電性拓撲絕緣體的存在。AMgBi正交晶系化合物在反鐵電和拓撲性質之間表現出有趣的相互作用，并受到外延應變和靜水壓力的影響。LiMgBi在應變的作用下以及KMgBi在壓力的作用下均顯現出作為反鐵電性拓撲絕緣體的實驗材料的可能性。

文獻鏈接：Antiferroelectric Topological Insulators in Orthorhombic AMgBi Compounds (A = Li, Na, K)（Phys. Rev. Lett.2017，DOI:10.1103/PhysRevLett.119.036802）

本文由材料人編輯部計算材料組daoke供稿，材料牛整理編輯。

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