1.
超薄 Na 中的电场调谐拓扑相变3碧
从拓扑到传统绝缘体的电场感应量子相变已被提议作为拓扑场效应晶体管的基础在此方案中，“on”是电荷的弹道流，并沿二维量子自旋霍尔绝缘体的无耗散边缘自旋5,6,7,8,9，而 “off” 是通过施加电场产生的，该电场将奇异绝缘体转换为没有导电通道的常规绝缘体。这种拓扑晶体管在低能量逻辑电路中很有前途4，这将需要具有常规和拓扑带隙远大于室温热能的电场开关材料，大大大于迄今为止提出的6、7、8.拓扑 Dirac 半金属是寻找拓扑场效应切换的有前途的系统，因为它们位于常规相和拓扑相之间的边界.在这里，我们使用扫描隧道显微镜和光谱学以及角度分辨光电子能谱来展示拓扑 Dirac 半金属的单层和双层薄膜3,17那3Bi 是二维拓扑绝缘体，由于在没有电场的情况下存在量子限制，其体带隙大于 300 毫电子伏特。通过掺杂钾或靠近扫描隧道显微镜尖端施加电场时，斯塔克效应完全闭合带隙并将其重新打开为 90 毫伏的常规间隙。常规和量子自旋霍尔相中的大带隙远大于室温下的热能（25 毫电子伏特），表明超薄 Na3Bi 适用于室温拓扑晶体管操作。
2.
拓扑相变
二维量子自旋霍尔 （QSH） 绝缘体的特点是绝缘内部具有大带隙 Eg和拓扑保护的导电边缘通道，对非磁无序的反向散射具有鲁棒性。QSH 效应首先在 HgTe 量子阱中实现5其中小 Eg防止设备应用超过低温。这导致人们努力寻找具有 \（{E}_{{\rm{g}}}\gg 25\） 毫电子伏特 （meV） 的新材料，用于室温拓扑电子设备（25 meV 是室温下的热能）。最近关于 QSH 绝缘子在 SiC 上铋 （Eg≈ 0.8 eV）6和单层 1T′-WTe2 (Eg≈ 50 meV）7很有希望，在单层 WTe 中测量了 QSH 效应2为止9100 千米。然而，WTe 中预测的电场效应2尚未在实验中报道，并且由于完全面内结构，原子二维 （2D） 铋中不太可能产生实质性的场效应，这表明任何 Stark 效应都很可能很小。
拓扑 Dirac 半金属 （TDS） 的超薄膜是一种很有前途的材料类别，可以实现电场调谐的拓扑相变，并预测了这种转变3在 TDS Na 的几层薄膜中3Bi 和 Cd3如2.块状 TDS 是零带隙半金属，在围绕成对的 Dirac 点的所有三个维度上都具有线性带色散元，而预测的是几层 TDS17对于单层 Na，是具有高达 300 meV 大带隙的重要绝缘体3双。然而，目前缺乏对少数层 TDS 的实验，迄今为止仅生长了 10-15 nm 的薄膜明确证明电场对超薄 Na 中带隙的大小、电场依赖性和拓扑性质的控制3Bi，我们采用了两种独立的实验技术。首先，我们利用角度分辨光电子能谱 （ARPES） 直接测量电子能带结构及其由于在表面掺杂钾 （K） 以产生电场而引起的修饰。其次，我们使用扫描隧道光谱 （STS），它测量局部态密度 （LDOS） 作为能量的函数，直接探测能隙，同时改变针尖与样品之间的分离，从而改变针尖和样品之间的电位差引起的感应电场。STS 还可以解析 Na 中的拓扑边缘状态3Bi 在低电场下，证明了该相的拓扑性质。这些实验观察结果得到了密度泛函理论 （DFT） 能带结构和有电场和无电场的边缘状态计算的有力支持。
