Phase transition and topological transistors based on monolayer Na3Bi nanoribbons.

凝聚态物理 自旋电子学 晶体管 光电子学 纳米技术 之字形的 拓扑(电路) 硅烯
作者
Bowen Shi,Hao Tang,Zhigang Song,Jingzhen Li,Lianqiang Xu,Shiqi Liu,Jie Yang,Xiaotian Sun,Ruge Quhe,Jinbo Yang,Jing Lu
出处
期刊:Nanoscale [Royal Society of Chemistry]
卷期号:13 (35): 15048-15057 被引量:1
标识
DOI:10.1039/d1nr02221k
摘要

Recently, a topological-to-trivial insulator quantum-phase transition induced by an electric field has been experimentally reported in monolayer (ML) and bilayer (BL) Na3Bi. A narrow ML/BL Na3Bi nanoribbon is necessary to fabricate a high-performance topological transistor. By using the density functional theory method, we found that wider ML Na3Bi nanoribbons (>7 nm) are topological insulators, featured by insulating bulk states and dissipationless metallic edge states. However, a bandgap is opened for extremely narrow ML Na3Bi nanoribbons (<4 nm) due to the quantum confinement effect, and its size increases with the decrease in width. In the topological insulating ML Na3Bi nanoribbons, a bandgap is opened in the metallic edge states under an external displacement electric field, with strength (∼1.0 V A−1) much smaller than the reopened displacement electric field in ML Na3Bi (3 V A−1). An ultrashort ML Na3Bi zigzag nanoribbon topological transistor switched by the electrical field was calculated using first-principles quantum transport simulation. It shows an on/off current/conductance ratio of 4–71 and a large on-state current of 1090 μA μm−1. Therefore, a proof of the concept of topological transistors is presented.
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