Material design with the van der Waals stacking of bismuth-halide chains realizing a higher-order topological insulator

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作者
Ryo Noguchi,Masaru Kobayashi,Zhanzhi Jiang,Kenta Kuroda,Takanari Takahashi,Zifan Xu,Daehun Lee,Motoaki Hirayama,Masayuki Ochi,Tetsuroh Shirasawa,Peng Zhang,Chun Lin,Cédric Bareille,Shunsuke Sakuragi,Hiroki Tanaka,So Kunisada,Kifu Kurokawa,Koichiro Yaji,Ayumi Harasawa,Viktor Kandyba,Alessio Giampietri,Alexei Barinov,T. K. Kim,Céphise Cacho,Makoto Hashimoto,Dong-Hui Lu,Shik Shin,Ryotaro Arita,Keji Lai,T. Sasagawa,Takeshi Kondo
出处
期刊:Cornell University - arXiv 被引量:12
标识
DOI:10.1038/s41563-020-00871-7
摘要

The van der Waals (vdW) materials with low dimensions have been extensively studied as a platform to generate exotic quantum properties. Advancing this view, a great deal of attention is currently paid to topological quantum materials with vdW structures. Here, we provide a new concept of designing topological materials by the vdW stacking of quantum spin Hall insulators (QSHIs). Most interestingly, a slight shift of inversion center in the unit cell caused by a modification of stacking is found to induce the topological variation from a trivial insulator to a higher-order topological insulator (HOTI). Based on that, we present the first experimental realization of a HOTI by investigating a bismuth bromide Bi4Br4 with angle-resolved photoemission spectroscopy (ARPES). The unique feature in bismuth halides capable of selecting various topology only by differently stacking chains, combined with the great advantage of the vdW structure, offers a fascinating playground for engineering topologically non-trivial edge-states toward future spintronics applications.

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