Topological phase transitions of HgSe under uniaxial pressure

Winterfeld, Lars

Mittels ab initio Rechnungen wird der Einfluss von uniaxialem Druck auf die Bandstruktur des Zinkblende-Halbmetalls Quecksilberselenid (HgSe) untersucht. Sowohl geringfügige Dehnung als auch Kompression entlang der [001] und [110] Richtungen öffnen eine Bandlücke in der Nähe des Gamma- Punktes von bis zu 37 meV. Berechnungen der Z2-Invariante zeigen, dass sich HgSe unter uniaxialer Kompression von etwa -5% in der Phase eines Topologischen Isolators befindet. Sowohl stärkere Kompression als auch Dehnung verursachen einen Übergang in die Phase eines gewöhnlichen Isolators. Rechnungen an einem HgSe-Mehrschichtsystem zeigen Oberflächenzustände mit großer Ähnlichkeit zu Dirac-Kegeln bekannter Topologischer Isolatoren. Die Arbeit gliedert sich eine überblick-bietende Einleitung, ein Kapitel zum Darstellen theoretischer Grundlagen, einen Ergebnisteil sowie ein Abschlusskapitel für Schlussfolgerungen.

Using ab initio calculations, the influence of uniaxial pressure on the band structure of the zinc-blende semi-metal mercury selenide (HgSe) is investigated. Both small tensile and compressive strain along both the [001] and [110] directions open up a band gap in the vicinity of Gamma point of up to 37 meV. Calculations of the Z2 invariant show that HgSe is in the phase of a topological insulator under uniaxial compression of about -5%. Both stronger compression and expansion cause a transition into the phase of a normal insulator. Calculations of a HgSe slab system show surface states with great similarity to Dirac cones of known topological insulators.

Ilmenau, Techn. Univ., Masterarbeit, 2013

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Winterfeld, Lars: Topological phase transitions of HgSe under uniaxial pressure. 2013.

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