Nature Commun：应力调控ZrTe5的拓扑态、ARPES测试

纳米技术

2021-01-18

量子自旋霍尔效应（QSH）绝缘体在1D一维结构边缘含有拓扑态，同时非磁性杂质的后向散射效应被严格的阻止，其3D三维类似结构是一种较弱的拓扑绝缘体（WTI），含有相似的限域在边缘的准1D拓扑态。这种显著改善的限域效应能够实现无耗散电流、同时促进强拓扑绝缘体（STI）的相关应用。但是，拓扑侧表面通常是不可劈裂的，因此难以进行观测。有鉴于此，东京大学Takeshi Kondo、Peng Zhang等报道了在ZrTe₅中通过自旋分辨/角动量分辨的光电子能谱（ARPES）方法观测到一种自旋动量锁定在侧表面上的准一维能带，进一步的发现通过外部应力调控体相材料的能带，实现了稳定性更高的拓扑绝缘体WTI拓扑态，或者一种理想Dirac半金属拓扑态。这种在ZrTe₅中获得的高度取向的自旋-电流、可调控的能带，为测试各种应用提供了极好的平台。

本文要点：

（1）

通过第一性原理计算了不同晶格常数条件中材料的能带结构，计算结果显示当压缩应力达到0.25 %，能够在材料中得到DS态，该结果和实验数据能够很好的吻合。计算结果显示当提供0.7 %压缩应力，能够产生18 meV的STI态；当提供0.7 %的拉伸应力，能够产生70 meV的WTI态。

（2）

本文结果展示了通过应力控制能带、拓扑态的转变，通过ARPES能够对其进行表征。

参考文献

Zhang, P., Noguchi, R., Kuroda, K. et al. Observation and control of the weak topological insulator state in ZrTe₅. Nat Commun 12, 406 (2021).

DOI: 10.1038/s41467-020-20564-8

https://www.nature.com/articles/s41467-020-20564-8