[論文レビュー] Topological phase transitions in bulk

Stanislav Chadov, János Kiss+2 more|Sep 27, 2012

Topological Materials and Phenomena被引用数 5

ひとこと要約

本稿では、スピン軌道結合や結晶場といった内部パラメータによって駆動されるバルク材料における位相的相転移が、無秩序系でさえもバルクディラック円錐を用いて同定可能であることを示している。密度汎関数理論に基づく第一原理計算に、一貫性ポテンシャル近似（CPA）を適用することで、(Cd1−xZn x)(Po1−xSe x) や (Hg1−xZn x)(Te1−xSe x) といった合金系列において、フェルミ準位にディラック円錐が現れることが、位相的相転移を示しており、それぞれ臨界組成比は x ≈ 0.72 および x ≈ 0.63 であることが明らかになった。

ABSTRACT

We consider the analogy between the topological phase transition which occurs as a function of spatial coordinate on a surface of a non-trivial insulator, and the one which occurs in the bulk due to the change of internal parameters (such as crystal field and spin-orbit coupling). In both cases the system exhibits a Dirac cone, which is the universal manifestation of topological phase transition, independently on the type of driving parameters. In particular, this leads to a simple way of determining the topological class based solely on the bulk information even for the systems with translational symmetry broken by atomic disorder or by strong electron correlations. Here we demonstrate this on example of the zinc-blende related semiconductors by means of the {\it ab-initio} fully-relativistic band structure calculations involving the coherent potential approximation (CPA) technique.

研究の動機と目的

• 翻訳対象の自然言語テキストのみを翻訳し、すべての数字、式、固有名称をそのままで保持する。
• 翻訳対象の自然言語テキストのみを翻訳し、すべての数字、式、固有名称をそのままで保持する。
• 翻訳対象の自然言語テキストのみを翻訳し、すべての数字、式、固有名称をそのままで保持する。
• 翻訳対象の自然言語テキストのみを翻訳し、すべての数字、式、固有名称をそのままで保持する。
• 翻訳対象の自然言語テキストのみを翻訳し、すべての数字、式、固有名称をそのままで保持する。

提案手法

• スピン軌道結合および電子相関効果を含む完全相対論的第一原理バンド構造計算を実施する。
• (Cd1−xZn x)(Po1−xSe x) および (Hg1−xZn x)(Te1−xSe x) アロイにおけるランダム置換不純度を、一貫性ポテンシャル近似（CPA）を用いてモデル化する。
• ブロッホスペクトル関数（BSFs）を用いて電子状態を分析し、運動量空間におけるディラック円錐の出現を同定する。
• 合金系列に沿ったバンド分散および軌道性（s-、p_{1/2}-、p_{3/2}-）の変化を追跡することで、位相的相転移を追跡する。
• フェルミ準位にディラック円錐が形成される臨界組成比を特定し、位相的相転移を示す。
• 非自明から自明な半導体に至る断続的経路に沿ったバンド構造の進化を比較し、遷移領域をマップする。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 無秩序系において、バルクディラック円錐の存在が、位相的相転移の信頼できる指標として機能するか。
• RQ2 翻訳対象の自然言語テキストのみを翻訳し、すべての数字、式、固有名称をそのままで保持する。
• RQ3 翻訳対象の自然言語テキストのみを翻訳し、すべての数字、式、固有名称をそのままで保持する。
• RQ4 翻訳対象の自然言語テキストのみを翻訳し、すべての数字、式、固有名称をそのままで保持する。
• RQ5 翻訳対象の自然言語テキストのみを翻訳し、すべての数字、式、固有名称をそのままで保持する。

主な発見

• (Cd1−xZn x)(Po1−xSe x) における位相的相転移の臨界組成比は x ≈ 0.72 であり、フェルミ準位に明確なディラック円錐が形成される。
• (Hg1−xZn x)(Te1−xSe x) では、x ≈ 0.63 で相転移が発生し、明確なディラック円錐が自明と非自明な相の境界を示している。
• (Cd1−xZn x)(Po1−xSe x) において x < 0.72 のすべての合金は位相的に非自明でギャップなしであり、x > 0.72 のものは自明でバンドギャップが増大する。
• バルクにおけるディラック円錐は、スピン軌道結合と結晶場効果の相互作用によって生じる s-および p_{1/2}-対称状態間の準位クロスイングに起因する。
• 断続的経路に沿ったバンド構造の進化から、CdPo の s 状態は -2 eV に深く束縛されており、ZnSe に富む領域への遷移が遅れる。
• バルクにおけるディラック円錐は、位相的相転移の普遍的指標であり、空間座標（表面）ではなく内部パラメータ（バルク）によって駆動されるかどうかに依存しない。