一种大规模制作量子自旋霍尔边界态的方法技术

本发明专利技术提供了一种大规模制作量子自旋霍尔（QSH）边界态的方法：通过构建出拓扑材料的各向异性的表面形貌，对表面能带的狄拉克锥进行调制使其形成准一维带即Q1D带，从而产生高密度的QSH边界态。本发明专利技术利用拓扑材料ZrTe5进行结构模拟，其侧表面具有大量一维的凹槽型结构，其边界态在布里渊区中心表现为Q1D带，从而实现了高密度的QSH边界态。该发明专利技术给如何实现高密度的QSH边界态提供了一个新思路，推动了基于拓扑绝缘材料的电子自旋器件的开发和应用领域的发展。用领域的发展。用领域的发展。

【技术实现步骤摘要】
一种大规模制作量子自旋霍尔边界态的方法


[0001]本专利技术属于电子自旋学和电子自旋器件领域，具体涉及在3D拓扑材料中实现高密度QSH边界态的方法。

技术介绍

[0002]量子自旋霍尔(QSH)态是量子自旋霍尔绝缘体或二维(2D)拓扑绝缘体(TI)中的无耗散边界态。QSH态中的载流子导电性不受边界的几何结构影响，且具有时间反演不变性。这些特点使QSH绝缘体在自旋量子计算的应用开发中有巨大的潜能。目前唯一可能的散射是反向散射。QSH态中导电电子的自旋会受磁缺陷而发生翻转。目前理论和实验都证明在HgTe/CdT量子阱中可以观察到QSH态，这也是近几年的研究热点。由于每个边界只存在因自旋不同形成的两个传播方向的QSH态，无耗散的导电通道是很有限的。
[0003]为了提高导电功率，必须要提高的QSH态密度。一个可行的办法就是增加更多的边界，可以采用通过增加QSH绝缘体的层数来增加导电通道，同时也要求层间的相互作用较弱。3D弱拓扑绝缘体（WTI）可由2D TI堆叠形成，由于层间的耦合使侧表面形成各向异性。不过，只要层间相互作用足够弱，也就是说可本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有高密度QSH边界态的模型，其特征在于：所述模型的构建材料为拓扑材料ZrTe5，通过从侧面切割ZrTe5晶体材料，以Z字形Te原子链堆积方向、即a
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b面作为剥离面，Zr
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Te键处断裂，形成具有多个1D凹槽的各向异性表面，构成所述具有高密度QSH边界态的模型。2.根据权利要求1所述一种具有高密度QSH边界态的模型，其特征在于，所述模型为：沿ZrTe5晶体材料的c轴为7个单胞c轴长度，共有14个Zr原子层，邻近两个vdW层交错形成两个对称的上下表面，交错长度为3个单胞c轴，真空层大于15
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；所述模型的结构晶格常数为a=7.426
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, b=13.572
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。3.一种大规模制作量子自旋霍尔边界态的方法，其特征在于：利用拓扑材料构建出各向异性的表面形貌，对表面能带的狄拉克锥进行调制使其形成准一维带即Q1D带，实现高密度 QSH边界态。4.根据权利要求3所述一种大规模制作量子自旋霍尔边界态的方法，其特征在于，所述拓扑材料为ZrTe5晶体材料，为范德瓦尔斯层状材料，具有三维量子霍尔效应特征，随着晶格矢长度变化，会发生3D强TI和弱TI的转变。5.根据权利要求4所述一种大规模制作量子自旋霍尔边界态的方法，其特征在于：所述ZrTe5晶体材料的自然解离面为(010)面，对于单层的ZrTe5来说，ZrTe5沿着c轴Z字形Te原子链堆积，且 a
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b平面能作为剥离面。6.根据权利要求3
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5任一项所述一种大规模制作量子自旋霍尔边界态的方法，其特征在于，所述利用拓扑材料构建出各向异性的表面形貌，形成准一维带，包括如下步骤：获取ZrTe5的晶格常数并...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆赟豪，管丹丹，钱冬，朱锋锋，华陈强，陶圣旦，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：