Quantenspin-Hall-Effekt in zweidimensionalen Übergangsmetall-Dichalkogeniden

Materialien mit dem Quantenspin-Hall (QSH) Effekt weisen Randzustände auf, die topologisch vor Rückstreuung geschützt sind. Der kleine Energiebereich in Materialien, die als QSH-Isolatoren identifiziert wurden, schränkt jedoch die Anwendungen ein. Wir nutzen Berechnungen aus ersten Prinzipien, um eine Klasse von QSH-Isolatoren mit großem Energiebereich in zweidimensionalen Übergangsmetall-Dichalkogeniden mit 1T'-Struktur vorherzusagen, nämlich 1T'-MX2 mit M = (Wolfram oder Molybdän) und X = (Tellur, Selen oder Schwefel). Eine strukturelle Verzerrung verursacht eine intrinsische Bandinversion zwischen Chalcogenid-p- und Metall-d-Bändern. Darüber hinaus öffnet die Spin-Bahn-Kopplung eine Lücke, die durch vertikales elektrisches Feld und Spannung einstellbar ist. Wir schlagen einen topologischen Feldeffekttransistor vor, der aus van der Waals-Heterostrukturen von 1T'-MX2 und zweidimensionalen Dielektrika besteht und der durch ein elektrisches Feld schnell abgeschaltet werden kann, durch einen topologischen Phasenübergang anstelle einer Trägerdepletion.