Screening computazionale di isolanti topologici con numero di Chern variabile basati su eterostrutture van der Waals

La scoperta a livello sperimentale dei magneti bidimensionali apre alla possibilità di sfruttare le loro caratteristiche peculiari nella realizzazione di eterostrutture di van der Waals che possano esibire nuovi fenomeni fisici di interesse sia fondamentale che tecnologico. Alcuni di questi nuovi materiali, tra cui CrI3 e NiI2, è stato predetto che dovrebbero mostrate una struttura a bande dipendente dalla direzione della magnetizzazione: quando la magnetizzazione del layer giace nel piano, gli estremi di banda al centro della Zona di Brillouin sono degeneri, mentre la degenerazione è rotta quando la magnetizzazione è perpendicolare al piano. Questo effetto può essere sfruttato per ingegnerizzare eterostrutture di van der Waals composte da un magnete 2D e un monolayer semiconduttore, dove l’allineamento delle bande tra i layer dipende dalla direzione della magnetizzazione del materiale magnetico. In particolare, se un’inversione di banda tra il massimo della banda di valenza e il minimo della banda di conduzione avviene con la variazione della magnetizzazione, l’eterostruttura può realizzare un Quantum Anomalous Hall Insulator, anche conosciuto come Isolante di Chern, il cui carattere topologico può essere controllato da un campo magnetico esterno. Nel tentativo di costruire una tale eterostruttura, è stato effettuato uno screening di database di materiali 2D cercando materiali con un reticolo cristallino commensurato e un favorevole minimo della banda di conduzione sia come posizione che come energia, per trovare un promettente semiconduttore monolayer da combinare con CrI3 o NiI2. Le eterostrutture di van der Waals costruite con i risultanti materiali sono state studiate usando density functional theory a onde piane con funzionale di scambio e correlazione Perdew-Burke-Ernzerhof completamente relativistico. Nonostante tutte le eterostrutture studiate avrebbero dovuto mostrare in linea teorica l’ibridizzazione degli estremi di banda al centro della Zona di Brillouin, gli effetti di interfaccia sono dominanti in ...