Tunable Weyl half-semimetals in two-dimensional iron-based materials MFeSe (M=Tl,In,Ga)

Weyl半金属 半金属 凝聚态物理 物理 单层 拓扑绝缘体 硫系化合物 费米子 自旋电子学 拓扑(电路) 带隙 材料科学 量子力学 铁磁性 纳米技术 光电子学 组合数学 数学
作者
H. Huan,Yang Xue,Bao Zhao,Hairui Bao,Lei Liu,Zhongqin Yang
出处
期刊:Physical review [American Physical Society]
卷期号:106 (12) 被引量:15
标识
DOI:10.1103/physrevb.106.125404
摘要

The layered iron chalcogenide materials have attracted considerable attention recently for their exotic superconductivity at relatively high temperatures. Topological phases are, however, seldom proposed in these materials. Based on density-functional theory calculations together with symmetry analysis, 100% spin-polarized Weyl semimetals, namely Weyl half semimetals (WHSMs), are predicted in two-dimensional (2D) TlFeSe and GaFeSe monolayers, built based on FeSe monolayers. The acquired Weyl fermions are protected by a nonsymmorphic symmetry. Dissimilarly, the InFeSe monolayer is found to be a quantum anomalous Hall (QAH) insulator with a large band gap (403 meV). By tuning the magnetization direction, the monolayers can vary from a WHSM to a QAH insulator or vice versa. The phase-transition mechanism is analyzed by using an effective $\mathbit{k}\ifmmode\cdot\else\textperiodcentered\fi{}\mathbit{p}$ model. Our work provides a pathway to carry out the fascinating 2D WHSMs and the QAH effect in one material which will have promising applications in not only spintronics but also topological microelectronics.
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