journal article·2019Open access

Uniaxial strain induced topological phase transition in bismuth–tellurohalide–graphene heterostructures

Zoltán Tajkov, Dávid Visontai, László Oroszlány, János Koltai

Nanoscale· Volume 11· Issue 26

Abstract

We explore the electronic structure and topological phase diagram of heterostructures formed of graphene and ternary bismuth tellurohalide layers. We show that mechanical strain inherently present in fabricated samples could induce a topological phase transition in single-sided heterostructures, turning the sample into a novel experimental realisation of a time reversal invariant topological insulator. We construct an effective tight binding description for low energy excitations and fit the model's parameters to ab initio band structures. We propose a simple approach for predicting phase boundaries as a function of mechanical distortions and hence gain a deeper understanding on how the topological phase in the considered system may be engineered.
Source: openalex_inverted_index · Quality: candidate unverified · Source record ↗

Research context

OpenAlex topics: Topological Materials and Phenomena · 2D Materials and Applications · Graphene research and applications

SciVX discovery tags are terminology-based. OpenAlex topics are source-provided classifications.

Affiliations

ELTE Eötvös Loránd University Department of Biological Physics

Budapest

Hungary

ELTE Eötvös Loránd University Department of Materials Physics

ELTE Eötvös Loránd University Department of Physics of Complex Systems

Budapest University of Technology and Economics MTA-BME Lendület Topology and Correlation Research Group

H-1111 Budapest

Funding

Emberi Eroforrások Minisztériuma · Nemzeti Kutatási Fejlesztési és Innovációs Hivatal · Magyar Tudományos Akadémia

References (68)

Show source-provided references
1. Awschalom · Phys. Today · 1999 · 52 · 3310.1063/1.882695 ↗
2. Petta · Science · 2005 · 309 · 218010.1126/science.1116955 ↗
3. Hanson · Rev. Mod. Phys. · 2007 · 79 · 121710.1103/RevModPhys.79.1217 ↗
4. Burkard · Fortschr. Phys. · 2000 · 48 · 96510.1002/1521-3978(200009)48:9/11<965::AID-PROP965>3.0.CO;2-V ↗
5. Leuenberger · Phys. E · 2001 · 10 · 45210.1016/S1386-9477(01)00136-9 ↗
6. Clemente-Juan · Chem. Soc. Rev. · 2012 · 41 · 746410.1039/c2cs35205b ↗
7. Eremeev · Sci. Rep. · 2015 · 5 · 1281910.1038/srep12819 ↗
8. Žutić · Rev. Mod. Phys. · 2004 · 76 · 32310.1103/RevModPhys.76.323 ↗
9. Niu · 2D Mater. · 2016 · 3 · 02503710.1088/2053-1583/3/2/025037 ↗
10. Ando · Annu. Rev. Condens. Matter Phys. · 2015 · 6 · 36110.1146/annurev-conmatphys-031214-014501 ↗
11. Fu · Phys. Rev. Lett. · 2011 · 106 · 10680210.1103/PhysRevLett.106.106802 ↗
12. Hasan · Rev. Mod. Phys. · 2010 · 82 · 304510.1103/RevModPhys.82.3045 ↗
13. Freedman · Bull. Am. Math. Soc. · 2003 · 40 · 3110.1090/S0273-0979-02-00964-3 ↗
14. Kitaev · Ann. Phys. · 2003 · 303 · 210.1016/S0003-4916(02)00018-0 ↗
15. Nayak · Rev. Mod. Phys. · 2008 · 80 · 108310.1103/RevModPhys.80.1083 ↗
16. Campbell · Nature · 2017 · 549 · 17210.1038/nature23460 ↗
17. Novoselov · Science · 2004 · 306 · 66610.1126/science.1102896 ↗
18. Tombros · Nature · 2007 · 448 · 57110.1038/nature06037 ↗
19. Castro Neto · Phys. Rev. Lett. · 2009 · 103 · 02680410.1103/PhysRevLett.103.026804 ↗
20. Huertas-Hernando · Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. · 2006 · 74 · 15542610.1103/PhysRevB.74.155426 ↗
21. Balakrishnan · Nat. Phys. · 2013 · 9 · 28410.1038/nphys2576 ↗
22. Geim · Nature · 2013 · 499 · 41910.1038/nature12385 ↗
23. Bahramy · Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. · 2011 · 84 · 04120210.1103/PhysRevB.84.041202 ↗
24. Ast · Phys. Rev. Lett. · 2007 · 98 · 18680710.1103/PhysRevLett.98.186807 ↗
25. Wu · Sci. Rep. · 2015 · 5 · 1431910.1038/srep14319 ↗
26. Sakano · Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. · 2012 · 86 · 08520410.1103/PhysRevB.86.085204 ↗
27. Butler · Nat. Commun. · 2014 · 5 · 406610.1038/ncomms5066 ↗
28. Qi · Adv. Mater. · 2017 · 29 · 160596510.1002/adma.201605965 ↗
29. Ishizaka · Nat. Mater. · 2011 · 10 · 52110.1038/nmat3051 ↗
30. Nechaev · Sci. Rep. · 2017 · 7 · 4366610.1038/srep43666 ↗
31. Eremeev · Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. · 2017 · 96 · 4366610.1103/PhysRevB.96.155309 ↗
32. Fülöp · 2D Mater. · 2018 · 5 · 03101310.1088/2053-1583/aac652 ↗
33. Kou · ACS Nano · 2014 · 8 · 1044810.1021/nn503789v ↗
34. Tajkov · Phys. Status Solidi C · 2017 · 14 · 170021510.1002/pssc.201700215 ↗
35. Ren · Rep. Prog. Phys. · 2016 · 79 · 06650110.1088/0034-4885/79/6/066501 ↗
36. Shevelkov · J. Solid State Chem. · 1995 · 114 · 37910.1006/jssc.1995.1058 ↗
37. Lee · Science · 2008 · 321 · 38510.1126/science.1157996 ↗
38. Bondi · J. Phys. Chem. · 1964 · 68 · 44110.1021/j100785a001 ↗
39. Rowland · J. Phys. Chem. · 1996 · 100 · 738410.1021/jp953141+ ↗
40. Eremeev · Sci. Rep. · 2014 · 4 · 690010.1038/srep06900 ↗
41. Ryu · New J. Phys. · 2010 · 12 · 06501010.1088/1367-2630/12/6/065010 ↗
42. J. K. Asbóth , L.Oroszlány and A.Pályi , A Short Course on Topological Insulators: Band Structure and Edge States in One and Two Dimensions , Springer International Publishing , Berlin , 1st edn, 2016 , vol. 90910.1007/978-3-319-25607-8 ↗
43. Castellanos-Gomez · Nano Lett. · 2013 · 13 · 536110.1021/nl402875m ↗
44. Jiang · Nano Lett. · 2017 · 17 · 283910.1021/acs.nanolett.6b05228 ↗
45. Martín-Sánchez · Semicond. Sci. Technol. · 2017 · 33 · 01300110.1088/1361-6641/aa9b53 ↗
46. Goldsche · Nano Lett. · 2018 · 18 · 170710.1021/acs.nanolett.7b04774 ↗
47. Song · ACS Appl. Mater. Interfaces · 2018 · 10 · 399410.1021/acsami.7b17247 ↗
48. Fan · Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. · 2015 · 92 · 24140810.1103/PhysRevB.92.241408 ↗
49. Vecchi · Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. · 2009 · 80 · 20140110.1103/PhysRevB.80.201401 ↗
50. Kleppe · Sci. Rep. · 2014 · 4 · 498910.1038/srep04989 ↗
51. Ni · ACS Nano · 2008 · 2 · 230110.1021/nn800459e ↗
52. Braganza · Biochemistry · 1986 · 25 · 259110.1021/bi00357a047 ↗
53. Vos · Nature · 1992 · 358 · 4610.1038/358046a0 ↗
54. Kullmann · Phys. Status Solidi B · 1984 · 125 · 13110.1002/pssb.2221250114 ↗
55. EQuUs: Eötvös Quantum Transport Utilities , http://eqt.elte.hu/equus/home , http://eqt.elte.hu/equus/home
56. Ferrer · New J. Phys. · 2014 · 16 · 09302910.1088/1367-2630/16/9/093029 ↗
57. Kane · Phys. Rev. Lett. · 2005 · 95 · 22680110.1103/PhysRevLett.95.226801 ↗
58. R. Winkler , Spin–Orbit Coupling Effects in Two-Dimensional Electron and Hole Systems , Springer Berlin Heidelberg , 2003 , pp. 21–3410.1007/b13586 ↗
59. Lee · ACS Nano · 2011 · 5 · 296410.1021/nn1035894 ↗
60. Papaconstantopoulos · MRS Proc. · 1997 · 491 · 22110.1557/PROC-491-221 ↗
61. Guinea · Solid State Commun. · 2012 · 152 · 143710.1016/j.ssc.2012.04.019 ↗
62. Rezaei · Eur. Phys. J. B · 2018 · 91 · 29510.1140/epjb/e2018-80663-2 ↗
63. Soler · J. Phys.: Condens. Matter · 2002 · 14 · 2745
64. Artacho · J. Phys.: Condens. Matter · 2008 · 20 · 064208
65. Perdew · Phys. Rev. Lett. · 1996 · 77 · 386510.1103/PhysRevLett.77.3865 ↗
66. Rivero · Comput. Mater. Sci. · 2015 · 98 · 37210.1016/j.commatsci.2014.11.026 ↗
67. Monkhorst · Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. · 1976 · 13 · 518810.1103/PhysRevB.13.5188 ↗
68. Fernández-Seivane · J. Phys.: Condens. Matter · 2006 · 18 · 7999