A methodical study of quantum phase engineering in topological crystalline insulator SnTe and related alloys

文献情報

出版日 2019-08-16
DOI 10.1039/C9CP03655E
インパクトファクター 3.676
著者

Mohsen Yarmohammadi, Kavoos Mirabbaszadeh


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要旨

Topological crystalline insulators (TCIs) are particularly one of the most fascinating materials in current research. The gapless surface states protected by the crystal point group symmetries in TCIs entail the emergence of nontrivial physics and can be tailored by controlling the external perturbations. This paper is devoted to a detailed analysis of the perturbation effects on the quantum phase of SnTe(001) surface states. Generically, surface states are gradually perturbed so that the gapless phase dies out. In doing so, a numerical study of the perturbed · model is accomplished by the linear response theory and the Green's function technique. The model is experimentally accessible. The system displays a commensurate breaking of the mirror invariance imposed by external perturbations such as strain, magnetic proximity effect/electric field/Zeeman magnetic field, Rashba spin–orbit coupling, and dilute charged impurity. The interesting behaviors are explained by the variation of the gap with the above-mentioned perturbations (invoking the opening of the gap) at Dirac cones corresponding to the TCI phase. For suitably tuned parameters, SnTe(001) surface states realize gapped phases. The synergy of perturbations is responsible for breaking down the topologically non-trivial character of SnTe and related alloys. Further, the conditions under which the variations of the parameters maintain the topological properties are discussed. These findings and predictions report that, besides a vast number of TCI applications, TCIs are versatile candidates for topological transistors with tunable ON and OFF states if appropriate tuning of the surface band gap can be performed experimentally.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
CiteScore: 5.5
自己引用率: 10.3%
年間論文数: 3036

Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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