Exploring strong and weak topological states on isostructural substitutions in TlBiSe$$_2$$

拓扑绝缘体 等结构 物理 T对称 自旋电子学 表面状态 奇偶性(物理) 拓扑(电路) 曲面(拓扑) 理论物理学 量子力学 数学 结晶学 几何学 组合数学 化学 超导电性 晶体结构 铁磁性
作者
Ankita Phutela,Preeti Bhumla,Manjari Jain,Saswata Bhattacharya
出处
期刊:Scientific Reports [Springer Nature]
卷期号:12 (1): 21970-21970 被引量:8
标识
DOI:10.1038/s41598-022-26445-y
摘要

Abstract Topological Insulators (TIs) are unique materials where insulating bulk hosts linearly dispersing surface states protected by the Time-Reversal Symmetry. These states lead to dissipationless current flow, which makes this class of materials highly promising for spintronic applications. Here, we predict TIs by employing state-of-the-art first-principles based methodologies, viz., density functional theory and many-body perturbation theory (G $$_0$$ 0 W $$_0$$ 0 ) combined with spin-orbit coupling effects. For this, we take a well-known 3D TI, TlBiSe $$_2$$ 2 and perform complete substitution with suitable materials at different sites to check if the obtained isostructural materials exhibit topological properties. Subsequently, we scan these materials based on SOC-induced parity inversion at Time-Reversal Invariant Momenta. Later, to confirm the topological nature of selected materials, we plot their surface states along with calculation of Z $$_2$$ 2 invariants. Our results show that GaBiSe $$_2$$ 2 is a strong Topological Insulator, besides, we report six weak Topological Insulators, viz., PbBiSe $$_2$$ 2 , SnBiSe $$_2$$ 2 , SbBiSe $$_2$$ 2 , Bi $$_2$$ 2 Se $$_2$$ 2 , TlSnSe $$_2$$ 2 and PbSbSe $$_2$$ 2 . We have further verified that all the reported TIs are dynamically stable, showing all real phonon modes of vibration.
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