拓扑绝缘体/过渡金属二硫属化合物低维异质结构的第一性原理研究

项目名称： 拓扑绝缘体/过渡金属二硫属化合物低维异质结构的第一性原理研究

项目编号： No.11474244

项目类型： 面上项目

立项/批准年度： 2015

项目学科： 数理科学和化学

项目作者： 钟建新

作者单位： 湘潭大学

项目金额： 90万元

中文摘要： 窄带隙半导体层状材料Bi2X3（X=Te、Se）具有很强的自旋-轨道耦合作用，少数单元层构成的Bi2X3薄膜即呈现出拓扑绝缘体特征，在其表面存在自旋-动量方向锁定的金属态。组成过渡金属二硫属化合物层状材料MX2（M=Mo，W；X=S，Se，Te）的单元层是直接带隙半导体并具有很强的自旋-轨道耦合作用。本项目将利用第一性原理计算，研究由V2VI3拓扑绝缘体薄膜与单层MX2直接带隙半导体结合构成的V2VI3／MX2低维异质结构，揭示层间相互作用、界面结构和电荷转移的特征、能带匹配和界面晶格应变导致的能带调制效应、以及MX2的强自旋-轨道耦对Bi2X3拓扑表面和界面态的影响。研究成果不仅对调控V2VI3拓扑绝缘体薄膜的费米能级、实现本征拓扑输运具有重要的指导意义，而且有希望发现一类同时具有拓扑绝缘体特征和优异光电子性质的多功能新型异质结构。

中文关键词： 拓扑绝缘体；第一性原理计算；低维纳米结构；异质结构；石墨烯

英文摘要： Layered Bi2X3(X=Te,Se) materials are narrow-bandgap semiconductors and their thin films consisting of a few basic layers have spin-momentum locked metallic surface states due to the strong spin-orbit coupling. Single layers of transition metal dichalcogenides layered materials MX2(M=Mo,W; X=S, Se,Te）are direct-bandgap semiconductors and also have strong spin-orbit coupling. In this project, we propose to study the heterostructure composed of the topological insulator film Bi2X3 and the direct-bandgap single layer MX2 semiconductor. Using first principles methods, we aim to unveil the nature of the interaction, atomic configuration and charge transfer at the interface, and understand the tuning effects of band alignment, interfacial lattice strain, and the modulation of the topological surface and interface states of Bi2X3 by the strong spin-orbit coupling in MX2. The expected results are important not only for providing an approach to tune the Fermi-level of Bi2X3 for realizing the characteristic topological transport but also for finding a class of novel heterostructures with multiple functions combining topological insulator features and superior opto-electronic properties.

英文关键词： Topological Insulator;First Principles Calculation;Low-dimensional Nanostructure;Heterostructure;Graphene