【摘 要】
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本文中,基于密度泛函理论我们研究了应力调控对Bi2Se3类拓扑绝缘体所对应的二维薄膜类体系的拓扑性质及能带调控效果,并且系统地探究了以Bi2Te3薄膜为主,具有不同厚度的Bi2Te3材料在使用单轴应力调控时,其自身能带及拓扑性质的演变。主要内容与结论如下:（1）基于第一性原理计算方法,我们研究Bi2Se3、Sb2Te3与Bi2Te3材料所对应的2QL、3QL薄膜在有限的单轴应力作用下的能带及拓扑性
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本文中,基于密度泛函理论我们研究了应力调控对Bi2Se3类拓扑绝缘体所对应的二维薄膜类体系的拓扑性质及能带调控效果,并且系统地探究了以Bi2Te3薄膜为主,具有不同厚度的Bi2Te3材料在使用单轴应力调控时,其自身能带及拓扑性质的演变。主要内容与结论如下:（1）基于第一性原理计算方法,我们研究Bi2Se3、Sb2Te3与Bi2Te3材料所对应的2QL、3QL薄膜在有限的单轴应力作用下的能带及拓扑性质的调控效果。对于2QL系列的Bi2Se3与Sb2Te3薄膜而言,有限的单轴应力仅能改变材料的能带带隙,尚不足以使体系达到临界点;而3QL Bi2Se3薄膜体系则会在张应力的影响下到达临界点,体系发生了由拓扑非平庸态向平庸态的转变,3QL的Sb2Te3薄膜则会在3%的压应力附近达到临界点,体系发生了由拓扑平庸态向非平庸态的转变。对Bi2Te3材料,其2QL薄膜体系会在1%的张应力作用下达到临界点,体系由拓扑非平庸态转变为拓扑平庸态;而3QL系列薄膜则存在较为反常的情况,体系在不同强度张应力的作用下出现了两次临界现象,分别为+0%的张应力以及3%的张应力,且对拓扑性质的计算结果表明在两次临界点附近材料都发了拓扑性质的转变,在0%的应力临界点附近材料发生了由拓扑平庸态向非平庸态的转变,在3%应力临界点附近材料发生了由拓扑非平庸态向着平庸态的转变,对体系整体自旋轨道耦合强度的计算结果表明其在应力作用下并没有发生异常改变,体系整体自旋轨道耦合强度随着应力值的增大而降低,而对最高占据态电荷密度的计算结果表明与3QL Bi2Se3与Sb2Te3相比,3QL Bi2Te3薄膜的能带中轨道贡献的主体发生了变化。作为补充计算,我们同样在4QL与5QL系列Bi2Te3薄膜中发现了类似的现象。（2）对于Bi2Te3薄膜在应力调控下出现的体系发生多次临界的现象,我们以3QL Bi2Te3薄膜为基础,计算了3QL Bi2Te3薄膜体系自身自旋轨道耦合强度与其在单轴应力作用下的能带带隙演化之间的关系。我们注意到对3QL Bi2Te3薄膜而言,不同的相变过程对自旋轨道耦合强度变化的响应程度不同,且张应力的能带调控效果要强于压应力。此外,通过进一步计算6QL与7QL系列的Bi2Te3体系的应力与拓扑性质之间的关系,我们确认到表面杂化这一因素并不是导致体系在应力作用下出现多次临界现象的原因。
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