論文の概要: Spin Current Density Functional Theory of the Quantum Spin-Hall Phase
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2208.13878v1
- Date: Mon, 29 Aug 2022 20:46:26 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-01-28 14:25:19.176318
- Title: Spin Current Density Functional Theory of the Quantum Spin-Hall Phase
- Title（参考訳）: 量子スピンホール位相のスピン電流密度汎関数理論
- Authors: William P. Comaskey, Filippo Bodo, Alessandro Erba, Jose L.
Mendoza-Cortes, Jacques K. Desmarais
- Abstract要約: スピン電流密度汎関数理論を量子スピンハル相に適用する。
我々は、SCDFTの電子-電子ポテンシャルにおけるスピン電流の明示的な説明が、ディラックコーンの出現の鍵であることを示す。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 59.50307752165016
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: The spin current density functional theory (SCDFT) is the generalization of
the standard DFT to treat a fermionic system embedded in the effective external
field produced by the spin-orbit coupling interaction. Even in the absence of a
spin polarization, the SCDFT requires the electron-electron potential to depend
on the spin currents $\mathbf{J}^x$, $\mathbf{J}^y$ and $\mathbf{J}^z$, which
only recently was made possible for practical relativistic quantum-mechanical
simulations [Phys. Rev. B {\bf 102}, 235118 (2020)]. Here, we apply the SCDFT
to the quantum spin-Hall phase and show how it improves (even qualitatively)
the description of its electronic structure relative to the DFT. We study the
Bi (001) 2D bilayer and its band insulator to topological insulator phase
transition (via $s+p_z \leftrightarrow p_x +ip_y$ band inversion) as a function
of mechanical strain. We show that the explicit account of spin currents in the
electron-electron potential of the SCDFT is key to the appearance of a Dirac
cone at the $\Gamma$ point in the valence band structure at the onset of the
topological phase transition. Finally, the valence band structure of this
system is rationalized using a simple first-order $\mathbf{k} \cdot \mathbf{p}$
quasi-degenerate perturbation theory model.
- Abstract（参考訳）: スピン電流密度汎関数理論(scdft)は、スピン軌道相互作用によって生成される効果的な外部場に埋め込まれたフェルミイオン系を扱う標準dftの一般化である。
スピン偏極がなくても、SCDFTは電子電子ポテンシャルをスピン電流である$\mathbf{J}^x$, $\mathbf{J}^y$, $\mathbf{J}^z$に依存するように要求する。
B {\bf 102}, 235118 (2020)].
本稿では、SCDFTを量子スピンハル相に適用し、DFTに対する電子構造の記述を(定性的にさえも)改善する方法を示す。
機械ひずみの関数としてbi(001)2d二層とそのバンド絶縁体から位相絶縁体相転移($s+p_z \leftrightarrow p_x +ip_y$ band inversion)について検討した。
我々は、SCDFTの電子電子ポテンシャルにおけるスピン電流の明示的な説明が、位相相転移の開始時の価バンド構造における$\Gamma$ポイントにおけるディラックコーンの出現の鍵であることを示す。
最後に、このシステムの原子価バンド構造は、単純な一階の$\mathbf{k} \cdot \mathbf{p}$準退化摂動理論モデルを用いて合理化される。
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