马 静，雷玉玺，王 园，周剑平

(陕西师范大学 物理学与信息技术学院，陕西 西安 710119)

拓扑绝缘体Sb2Te3和Bi2Te2Se薄膜电子结构的第一性原理研究

马 静，雷玉玺，王 园，周剑平*

(陕西师范大学 物理学与信息技术学院，陕西 西安 710119)

拓扑绝缘体；电子结构；金属表面态; 第一性原理

PACS: 73.50.-h

固体材料按照其导电性质可以分为导体和绝缘体，其中绝缘体材料在费米能级处存在着有限大小的能隙，因而没有自由载流子[1]。拓扑绝缘体是近几年发现的一种新的量子物质态，其绝缘机制不同于传统意义上的绝缘体[2-3]。这种物质态的体电子态是有能隙的绝缘体，而其表面则是无能隙的金属态。这种无能隙的表面金属态也完全不同于一般意义上的由于表面未饱和键或者是表面重构导致的表面态，拓扑绝缘体的表面金属态完全是由材料体电子态的拓扑结构所决定，即取决于其对称性，与表面的具体结构无关。也正是因为该表面金属态的出现是由对称性的变化所导致，因此它的存在非常稳定，基本不受非磁性杂质与无序的影响[4]。拓扑绝缘体表面能带结构存在“狄拉克锥”，即能带有上下锥形相连的结构，处于锥边缘态的电子自旋会呈现涡旋排列，形成所谓的自旋流并在磁场下表现出自旋霍尔效应[5]。

拓扑绝缘体是凝聚态物理最近几年的研究热点，涉及许多重要的物理现象和机制，并具有广阔的应用前景。其具有拓扑非平庸的绝缘性体电子结构和受时间反演对称性保护的金属性表面态，有可能在未来信息技术如容错量子计算、信息存储、热电器件、非线性光学、自旋电子学和拓扑量子计算等领域有重要应用[6-8]。……