石墨烯的功能操縱研究是基礎研究和實際應用的關鍵課題。在本研究中，我們提出在SiC上外延石墨烯中插入5
d過渡金屬是一種很有前景的策略，可以實現(xiàn)石墨烯中具有有限帶隙的拓撲非平凡相。采用基于密度泛函理論的第一性原理計算，我們證明了Re-和Ta -插層石墨烯演變成二維拓撲絕緣體。它們分別表現(xiàn)為具有拓撲帶隙的線性狄拉克錐和二次帶。這些拓撲態(tài)的出現(xiàn)是由于插層劑的自旋軌道耦合強度強。我們證明了相應的拓撲邊緣狀態(tài)在有限體帶隙內持續(xù)存在，與體邊界對應一致。此外，我們還探討了由逆對稱破缺和自旋軌道耦合引起的能帶結構的自旋分裂。我們的研究強調了石墨烯的嵌入是一種有效和可行的方法，用于操縱帶隙和石墨烯的拓撲性質。這種嵌入石墨烯系統(tǒng)在自旋電子學和低維量子器件應用中具有潛在的實用性。
圖1. SiC上Re-插層外延石墨烯的原子結構。(a)示意圖。原子結構的(b)俯視圖和(c)側視圖。
圖2. SiC上Re-插層外延石墨烯的電子能帶結構。(a)帶SOC和(b)不帶SOC的能帶結構。(c) Re
d和石墨烯的貢獻C
pz，狀態(tài)分別用綠色實心圈和紅色空心圈表示。(d)含SOC的K附近能帶結構。(e)相應的BZ。
圖3. Ta-嵌入外延石墨烯的電子能帶結構。（a）有SOC和（b）沒有SOC的Г附近能帶結構 （c） 具有和（d）不具有SOC。
圖4. 插層外延石墨烯的拓撲邊緣態(tài)。(a) Re-插層和(b) Ta-插層外延石墨烯的邊緣態(tài)色散。
相關研究成果由愛荷華州立大學美國能源部艾姆斯實驗室、首爾科技大學自然科學學院Minsung Kim等人于2023年發(fā)表在Solid State Communications (https://doi.org/10.1016/j.ssc.2023.115337)上。原文：Topological band gap in intercalated epitaxial graphene
轉自《石墨烯研究》公眾號
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