Anisotropic quantum confinement effect and electric control of surface states in Dirac semimetal nanostructures.
Anisotropic quantum confinement effect and electric control of surface states in Dirac semimetal nanostructures.
复制标题
狄拉克半金属纳米结构的各向异性量子约束效应及表面态电控制
DOI：
10.1038/srep07898
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发表时间：
2015-01-20
影响因子：
4.6
通讯作者：
Zhou G
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Xiao X;Yang SA;Liu Z;Li H;Zhou G
最近狄拉克半金属的发现代表了我们对物质拓扑状态的基本理解的新成就。由于它们的拓扑表面状态，高迁移率和奇异的性质与体狄拉克点，这些新材料引起了极大的关注，并被认为是具有很大的希望，用于制造新型拓扑器件。对于纳米器件应用，有限尺寸的效应通常起着重要的作用。在这篇报告中，我们从理论上研究了狄拉克半金属纳米结构的电子性质。量子限制通常在狄拉克点处打开体带隙。我们发现，沿沿着不同方向的禁闭表现出强烈的各向异性效应。特别地，由于沿着垂直轴的限制差距示出了周期性调制，这对于沿着水平方向的限制是不存在的。我们证明了拓扑表面态可以通过横向静电门控来控制。这是可能的，产生Rashba的表面态的自旋分裂，并将它们相对于限制诱导的体隙。这些结果不仅有助于我们对Dirac半金属纳米结构的基本认识，而且对全电拓扑自旋电子学器件的设计具有指导意义。
The recent discovery of Dirac semimetals represents a new achievement in our fundamental understanding of topological states of matter. Due to their topological surface states, high mobility and exotic properties associated with bulk Dirac points, these new materials have attracted significant attention and are believed to hold great promise for fabricating novel topological devices. For nanoscale device applications, effects from finite size usually play an important role. In this report, we theoretically investigate the electronic properties of Dirac semimetal nanostructures. Quantum confinement generally opens a bulk band gap at the Dirac points. We find that confinement along different directions shows strong anisotropic effects. In particular, the gap due to confinement along verticalc-axis shows a periodic modulation, which is absent for confinement along horizontal directions. We demonstrate that the topological surface states could be controlled by lateral electrostatic gating. It is possible to generate Rashba-like spin splitting for the surface states and to shift them relative to the confinement-induced bulk gap. These results will not only facilitate our fundamental understanding of Dirac semimetal nanostructures, but also provide useful guidance for designing all-electrical topological spintronics devices.
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