Вышедшие номера
Home » Физика твердого тела » Год 2025, выпуск 11 » Статья стр. 2065
<<<>>>
Выяснение особенностей зонной структуры нанопластин HgTe в ультратонком пределе
РГПУ им. А.А. Герцена, Внутренний грант , № 43-ВГ
Минобрнауки РФ, Государственное задание ФТИ им. А.Ф. Иоффе, тема FFUG-2024-0042
Кузнецов В.Г. 1, Гавриков А.А. 2, Колобов А.В.2
1Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН, Санкт-Петербург, Россия
2Российский государственный педагогический университет им. А.И. Герцена, Санкт-Петербург, Россия
Email: vladimir.kuznetsov@mail.ioffe.ru
Поступила в редакцию: 16 сентября 2025 г.
В окончательной редакции: 26 октября 2025 г.
Принята к печати: 6 ноября 2025 г.
Выставление онлайн: 21 декабря 2025 г.
PDF версия
Методом функционала плотности в различных его вариантах с учетом спин-орбитального взаимодействия исследована зонная структура нанопластин теллурида ртути (HgTe) в пределе двух монослоев (2ML). Рассмотрены однослойная (1ML) и двуслойная (2ML) нанопластины HgTe в фазе сфалерита, а также объемный HgTe. Продемонстрировано, что сильное спин-орбитальное взаимодействие в сочетании с двумерным квантовым ограничением приводит к значительным изменениям в электронной зонной структуре ультратонких двумерных (2D) нанопластин HgTe и упорядоченности их пограничных зон по сравнению с трехмерным материалом. Расчеты зонной структуры 2D-нанопластин в ультратонком пределе выявили целый ряд особенностей: (i) характер зонной структуры 1ML-HgTe (инверсный/неинверсный порядок зон) зависит от вида используемого функционала плотности; (ii) правильная зонная структура 1ML-HgTe имеет неинверсный (нормальный) порядок зон, а сама нанопластина является прямозонным в точке Γ полупроводником; (iii) в зонной структуре 2ML-HgTe отсутствует запрещенная зона и имеет место инверсный порядок зон; (iv) зонная структура 2ML-HgTe вблизи уровня Ферми обладает поведением, характерным для вейлевского полуметалла типа II. Ключевые слова: теллурид ртути, 2D-нанопластины, инверсная зонная структура, вейлевский полуметалл типа II.
  1. K.S. Novoselov, A.K. Geim, S.V. Morozov, D. Jiang, Y. Zhang, S.V. Dubonos, I.V. Grigorieva, A.A. Firsov. Sci. 306, 5696, 666 (2004)
  2. M. Xu, T. Liang, M. Shi, H. Chen. Chem. Rev. 113, 5, 3766 (2013)
  3. А.Л. Ивановский. Успехи химии 81, 7, 571 (2012). [A.L. Ivanovskii. Russ. Chem. Rev. 81, 7, 571 (2012).]
  4. K. Takeda, K. Shiraish. Phys. Rev. B 50, 20, 14916 (1994)
  5. Y. Zhang, Y.-W. Tan, H.L. Stromer, P. Kim. Nature 438, 7065, 201 (2005)
  6. E. Durgun, S. Tongay, S. Ciraci. Phys. Rev. B 72, 7, 075420 (2005)
  7. S. Cahangirov, M. Topsakal, E. Akturk, H. Sahin, S. Ciraci. Phys. Rev. Lett. 102, 23, 236804 (2009)
  8. H. Sahin, S. Cahangirov, M. Topsakal, E. Bekaroglu, E. Akturk, R.T. Senger, S. Ciraci. Phys. Rev. B 80, 15, 155453 (2009)
  9. C.-C. Liu, W. Feng, Y. Yao. Phys. Rev. Lett. 107, 7, 076802 (2011)
  10. B. Aufray, A. Kara, S. Vizzini, H. Oughaddou, C. Leandri, B. Ealet, G. Le Lay. Appl. Phys. Lett. 96, 18, 183102 (2010)
  11. B. Lalmi, H. Oughaddou, H. Enriquez, A. Kara, S. Vizzini, B. Ealet, B. Aufray. Appl. Phys. Lett. 97, 22, 223109 (2010)
  12. B. Feng, Z. Ding, S. Meng, Y. Yao, X. He, P. Cheng, L. Chen, K. Wu. Nano Lett. 12, 7, 3507 (2012)
  13. J. Sone, T. Yamagami, Y. Aoki, K. Nakatsuji, H. Hirayama. New J. Phys. 16, 9, 095004 (2014)
  14. L. Meng, Y. Wang, L. Zhang, S. Du, R. Wu, L. Li, Y. Zhang, G. Li, H. Zhou, W.A. Hofer, H.-J. Gao. Nano Lett. 13, 2, 685 (2013)
  15. A. Fleurence, R. Friedlein, T. Ozaki, H. Kawai, Y. Wang, Y. Yamada-Takamura. Phys. Rev. Lett. 108, 24, 245501 (2012)
  16. И.М. Цидильковский. Бесщелевые полупроводники --- новый класс веществ. Наука, М. (1986). 240 с
  17. S.H. Groves, R.N. Brown, C.R. Pidgeon. Phys. Rev. 161, 3, 779 (1967)
  18. N. Orlowski, J. Augustin, Z. Golacki, C. Janowitz, R. Manzke. Phys. Rev. B 61, 8, R5058(R) (2000)
  19. S. Murakami, N. Nagaosa, S.-C. Zhang. Phys. Rev. Lett. 93, 15, 156804 (2004)
  20. X.-L. Qi, Y.-S. Wu, S.-C. Zhang. Phys. Rev. B 74, 8, 085308 (2006)
  21. B.A. Bernevig, T.L. Hughes, S.-C. Zhang. Sci. 314, 5806, 1757 (2006)
  22. B.T. Diroll, B. Guzelturk, H. Po, C. Dabard, N. Fu, L. Makke, E. Lhuillier, S. Ithurria. Chem. Rev. 123, 7, 3543 (2023)
  23. V.G. Kuznetsov, A.A. Gavrikov, A.V. Kolobov. Mater. 16, 23, 7494 (2023)
  24. A.A. Gavrikov, V.G. Kuznetsov, A.V. Kolobov. Semiconductors 58, 2, 120 (2024)
  25. A.I. Ekimov, Al.L. Efros, A.A. Onushchenko. Solid State Commun. 56, 11, 921 (1985)
  26. J.P. Perdew, A. Ruzsinszky, G.I. Csonka, O.A. Vydrov, G.E. Scuseria, L.A. Constantin, X. Zhou, K. Burke. Phys. Rev. Lett. 100, 13, 136406 (2008)
  27. P. Giannozzi, S. Baroni, N. Bonini, M. Calandra, R. Car, C. Cavazzoni, D. Ceresoli, G.L. Chiarotti, M. Cococcioni, I. Dabo. J. Phys.: Condens. Matter 21, 39, 395502 (2009)
  28. P. Giannozzi, O. Andreussi, T. Brumme, O. Bunau, M. Buongiorno Nardelli, M. Calandra, R. Car, C. Cavazzoni, D. Ceresoli, M. Cococcioni, N. Colonna, I. Carnimeo, A. Dal Corso, S. de Gironcoli, P. Delugas, R.A. DiStasio Jr, A. Ferretti, A. Floris, G. Fratesi, G. Fugallo, R. Gebauer, U. Gerstmann, F. Giustino, T. Gorni, J. Jia, M. Kawamura, H.-Y. Ko, A. Kokalj, E. Kucukbenli, M. Lazzeri, M. Marsili, N. Marzari, F. Mauri, N.L. Nguyen, H.-V. Nguyen, A. Otero-de-la-Roza, L. Paulatto, S. Ponce, D. Rocca, R. Sabatini, B. Santra, M. Schlipf, A.P. Seitsonen, A. Smogunov, I. Timrov, T. Thonhauser, P. Umari, N. Vast, X. Wu, S. Baroni. J. Phys.: Condens. Matter 29, 46, 465901 (2017)
  29. A.I. Liechtenstein, V.I. Anisimov, J. Zaanen. Phys. Rev. B 52, 8, R5467(R) (1995)
  30. S.L. Dudarev, G.A. Botton, S.Y. Savrasov, C.J. Humphreys, A.P. Sutton. Phys. Rev. B 57, 3, 1505 (1998)
  31. P.E. Blochl. Phys. Rev. B 50, 24, 17953 (1994)
  32. A. Dal Corso. Comput. Mater. Sci. 95, 337 (2014)
  33. V. Eyert. J. Comput. Phys. 124, 2, 271 (1996)
  34. W.H. Press, B.P. Flannery, S.A. Teukolsky, W.T. Vetterling. Numerical Recipes in C. Cambridge University Press, Cambridge, UK (1992). 994p
  35. D.F. Shanno. Math. Oper. Res. 3, 3, 244 (1978)
  36. B.G. Pfrommer, M. C\^ote, S.G. Louie, M.L. Cohen. J. Comput. Phys 131, 1, 233 (1997)
  37. H.J. Monkhorst, J.D. Pack. Phys. Rev. B 13, 12, 5188 (1976)
  38. S. Baroni, P. Giannozzi, A. Testa. Phys. Rev. Lett. 58, 18, 1861 (1987)
  39. X. Gonze, J.-P. Vigneron. Phys. Rev. B 39, 18, 13120 (1989)
  40. P. Giannozzi, S. de Gironcoli, P. Pavone, S. Baroni. Phys. Rev. B 43, 9, 7231 (1991)
  41. X. Gonze. Phys. Rev. A 52, 2, 1096 (1995)
  42. X. Gonze. Phys. Rev. A 54, 5, 4591 (E) (1996)
  43. X. Gonze. Phys. Rev. B 55, 16, 10337 (1997)
  44. S.Y. Savrasov. Phys. Rev. B 54, 23, 16470 (1996)
  45. X. Gonze, C. Lee. Phys. Rev. B 55, 16, 10355 (1997)
  46. S. Baroni, S. de Gironcoli, A. Dal Corso, P. Giannozzi. Rev. Mod. Phys. 73, 2, 515 (2001)
  47. K. Parlinski, Z.Q. Li, Y. Kawazoe. Phys. Rev. Lett. 78, 21, 4063 (1997)
  48. T. Sohier, M. Calandra, F. Mauri. Phys. Rev. B 96, 7, 075448 (2017)
  49. A. Togo, L. Chaput, T. Tadano, I. Tanaka. J. Phys.: Condens. Matter 35, 35, 353001 (2023)
  50. A. Togo. J. Phys. Soc. Jpn. 92, 1, 012001 (2023)
  51. J. Li, C. He, L. Meng, H. Xiao, C. Tang, X. Wei, J. Kim, N. Kioussis, G.M. Stocks, J. Zhong. Sci. Rep. 5, 1, 14115 (2015)
  52. F. Tran, P. Blaha. Phys. Rev. Lett. 102, 22, 226401 (2009)
  53. S.-H. Wei, A. Zunger. Phys. Rev. B 37, 15, 8958 (1998)
  54. J. Anversa, P. Piquini, A. Fazzio, T.M. Schmidt. Phys. Rev. B 90, 19, 195311 (2014)
  55. G.F. Koster, J.O. Dimmock, R.G. Wheeler, H. Statz. Properties of the Thirty-Two Point Groups. MIT Press, Cambridge, MA (1963). P. 55
  56. В. Хейне. Теория групп в квантовой механике. ИЛ, М. (1963). С. 501. [V. Heine. Group Theory in Quantum Mechanics. Pergamon Press, London--Oxford--New York--Paris (1960).]
  57. A.A. Soluyanov, D. Gresch, Z. Wang, Q.S. Wu, M. Troyer, X. Dai, A. Bernevig. Nature 527, 7579, 495 (2015)
  58. H. Zheng, M. Zahid Hasan. Adv. Phys. X 3, 1, 1466661 (2018)
  59. J. von Neumann, E. Wigner. Physik. Z. 30, 465 (1929)
  60. Л.Д. Ландау, Е.М. Лифшиц. Квантовая механика (нерелятивистская теория). Физматлит, М. (2004). С. 372.

Подсчитывается количество просмотров абстрактов ("html" на диаграммах) и полных версий статей ("pdf"). Просмотры с одинаковых IP-адресов засчитываются, если происходят с интервалом не менее 2-х часов.

Дата начала обработки статистических данных - 27 января 2016 г.

Учредители

Издатель

© 2026 Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук
Powered by webapplicationthemes.com - High quality HTML Theme