近期，张健敏博士、黄志高教授及研究生连如乾等人的“Cr掺杂Bi2Se3拓扑绝缘体表面态的外电场调控”研究成果在《Scientific Reports》上发表。
论文简介如下：
采用基于密度泛函理论的第一性原理计算，我们研究了外电场对3QL厚纯Bi2Se3薄膜和Cr掺杂Bi2Se3薄膜的影响。研究结果显示：对于纯Bi2Se3薄膜，外电场在临界值为0.026 V/Å时使带隙闭合，随着电场继续增大，带隙会重新打开并且再次关闭，表明纯Bi2Se3的表面态可以通过电场有效调控，分析发现其能带变化的是电调控的电荷转移与其自身固有的Rashba自旋轨道耦合二者的竞争决定的。对于Cr掺杂Bi2Se3薄膜，两表面的平均面电势计算结果表明了Cr原子的掺杂会使电子局域，从而抑制外电场对体系的影响。从能带图中也可以发现，Cr原子所掺杂的五倍层的能带(价带顶)几乎不受外电场影响。Cr掺杂体系的带隙在外电场下从0.099 eV增大到0.235 eV。随后，我们计算了体系磁距随电场的变化，也发现了磁性拓扑绝缘体中的磁性也能被电场调控。我们的工作为磁性拓扑绝缘体的表面态调控提供了新的途径，对实验发展有很好的指导意义。相关研究成果对于自旋电子学和量子器件应用领域有着积极的促进作用。
纯Bi2Se3和Cr掺杂Bi2Se3薄膜在外加电场下的平均面电势（左侧图）以及零电场下纯Bi2Se3和Cr掺杂Bi2Se3薄膜的电荷密度图（右侧图）。
官网链接：https://www.nature.com/articles/srep43626/
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