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钙钛矿衍生的4d和5d氧化物褶皱蜂窝晶格中的陈绝缘体相与Z2拓扑绝缘相

DOI：10.1038/s41598-019-53125-1 期刊：Scientific Reports 出版年份：2019 更新时间：2025-09-11 14:15:04
摘要： 基于包含库仑排斥参数U的密度泛函理论计算，我们研究了(X=4d与5d阳离子)的(LaXO3)2/(LaAlO3)4(111)异质结构的拓扑性质。在保持P321对称性的亚稳态铁磁相中，LaTcO3和LaPtO3分别以C=2和1的陈绝缘体(CI)形式出现，在LaAlO3横向晶格常数下具有41和38 meV的带隙。贝里曲率、自旋纹理及边缘态为CI态的本质提供了更多见解。当X=Tc时，CI相在拉伸应变下进一步稳定；而当X=Pd和Pt时，横向晶格常数从aLAO增大至aLNO会发生位点歧化。X=Pt的CI相对哈伯德U参数表现出强依赖性，较高U值导致的能隙开启机制改变会引起符号反转。我们讨论了与先前研究的(X2O3)1/(Al2O3)5(0001)蜂窝状刚玉层的相似性。此外，非磁性体系X=Mo和W被确认为aLAO下潜在的Z2拓扑绝缘体候选材料，其带隙分别为26和60 meV。计算得到的边缘态和Z2不变量证实了这些非平庸拓扑特性。
作者： Okan K?ksal，Rossitza Pentcheva
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

探索X为4d和5d阳离子的(LaXO3)2/(LaAlO3)4 (111)超晶格的拓扑性质，以识别陈绝缘体和Z2拓扑绝缘相。

研究成果

(LaTcO3)2/(LaAlO3)4(111)和(LaPtO3)2/(LaAlO3)4(111)的亚稳铁磁相在LaAlO3横向晶格常数下分别以C=2和1作为CI态出现。P321对称性的保持、晶格应变以及真实Hubbard U项的引入对这些相至关重要。以X=Mo和W构成的非磁性体系被确认为Z2拓扑绝缘体的潜在候选材料。该研究为未来实现和表征这些体系的实验工作奠定了基础。

研究不足

该研究基于理论计算，所提出的体系尚未通过实验合成。观察到的效应由相互作用驱动，在DFT/GGA（U=0 eV）计算中并未显现。静态关联效应的增强也促进了与对称性破缺相关的平庸莫特绝缘相的稳定化趋势。

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