Ideal two-dimensional quantum spin Hall insulators MgA2Te4 (A = Ga, In) with Rashba spin splitting and tunable properties

文献情報

出版日 2024-01-03
DOI 10.1039/D3CP04898E
インパクトファクター 3.676
著者

Xinlu Cheng


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要旨

For decades, topological insulators have played a pivotal role in fundamental condensed-matter physics owing to their distinctive edge states and electronic properties. Here, based on in-depth first-principles calculations, we investigate the MgA2Te4 (A = Ga, In) structures belonging to the MA2Z4 2D material family. Among them, the topological insulator MgGaInTe4 exhibits band inversion and a sizeable bandgap of up to 60.8 meV which satisfies the requirement for room-temperature realization. Under the spin–orbit coupling effect, MgGaInTe4 with inversion asymmetry undergoes Rashba spin splitting. The Rashba-like and Dirac-type edge states emerge from different terminals along (010) for MgGaInTe4. The external vertical electric field is verified to modulate the inverted bandgap and topological state of MgGaInTe4 by converting a nontrivial state to a trivial state and MgIn2Te4 with the original trivial state to a nontrivial one. Accordingly, MgGaInTe4 and MgIn2Te4 have significant potential for application in topological quantum field-effect transistors. Our research identifies that the MgA2Te4 (A = Ga, In) structures have huge potential to be candidate 2D materials for spintronics and topological quantum devices.

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Physical Chemistry Chemical Physics

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