Topological property of the dumbbell (DB) stanene, more stable than the stanene with a honeycomb lattice, is investigated by using ab initio methods. The magnetic DB stanene demonstrates an exotic quantum anomalous Hall (QAH) effect due to inversion of the Sn spin-up px,y and spin-down pz states. The QAH gap is found to be opened at Γ point rather than the usual K and K′ points, beneficial to observe the effect in experiments. When a 3% tensile strain is applied, a large nontrivial gap (∼50 meV) is achieved. Our results provide another lighthouse for realizing QAH effects in two-dimensional systems.
References
1.
M. Z.
Hasan
and C. L.
Kane
, Rev. Mod. Phys.
82
, 3045
(2010
).2.
X. L.
Qi
and S. C.
Zhang
, Rev. Mod. Phys.
83
, 1057
(2011
).3.
X. L.
Qi
and S. C.
Zhang
, Phys. Today
63
(1
), 33
(2010
).4.
B.
Yan
and S. C.
Zhang
, Rep. Prog. Phys.
75
, 096501
(2012
).5.
X. L.
Qi
, T. L.
Hughes
, and S. C.
Zhang
, Phys. Rev. B
78
, 195424
(2008
).6.
L.
Fu
and C. L.
Kane
, Phys. Rev. Lett.
100
, 096407
(2008
).7.
M.
Konig
, S.
Wiedmann
, C.
Brune
, A.
Roth
, H.
Buhmann
, L. W.
Molenkamp
, X. L.
Qi
, and S. C.
Zhang
, Science
318
, 766
(2007
).8.
F. D. M.
Haldane
, Phys. Rev. Lett.
93
, 206602
(2004
).9.
C. X.
Liu
, X. L.
Qi
, X.
Dai
, Z.
Fang
, and S. C.
Zhang
, Phys. Rev. Lett.
101
, 146802
(2008
).10.
H.
Zhang
, C.
Lazo
, S.
Blugel
, S.
Heinze
, and Y.
Mokrousov
, Phys. Rev. Lett.
108
, 056802
(2012
).11.
R.
Yu
, W.
Zhang
, H. J.
Zhang
, S. C.
Zhang
, X.
Dai
, and Z.
Fang
, Science
329
, 61
(2010
).12.
Z. F.
Wang
, Z.
Liu
, and F.
Liu
, Phys. Rev. Lett.
110
, 196801
(2013
).13.
C. Z.
Chang
, J.
Zhang
, X.
Feng
, J.
Shen
, Z. C.
Zhang
, M. H.
Guo
, K.
Li
, Y. B.
Ou
, P.
Wei
, L. L.
Wang
, Z. Q.
Ji
, Y.
Feng
, S.
Ji
, X.
Chen
, J. F.
Jia
, X.
Dai
, Z.
Fang
, S. C.
Zhang
, K.
He
, Y. Y.
Wang
, L.
Lu
, X. C.
Ma
, and Q. K.
Xue
, Science
340
, 167
(2013
).14.
J. G.
Checkelsky
, R.
Yoshimi
, A.
Tsukazaki
, K. S.
Takahashi
, Y.
Kozuka
, J.
Falson
, M.
Kawaski
, and Y.
Tokura
, Nat. Phys.
10
, 731
(2014
).15.
X. F.
Kou
, S. T.
Guo
, Y. B.
Fan
, L.
Pan
, M.
Lang
, Y.
Jiang
, Q. M.
Shao
, T. X.
Nie
, K.
Murata
, J. S.
Tang
, Y.
Wang
, L.
He
, T. K.
Lee
, W. L.
Lee
, and K. L.
Wang
, Phys. Rev. Lett.
113
, 137201
(2014
).16.
J.
Ding
, Z.
Qiao
, W.
Feng
, Y.
Yao
, and Q.
Niu
, Phys. Rev. B
84
, 195444
(2011
).17.
J.
Zhang
, B.
Zhao
, and Z.
Yang
, Phys. Rev. B
88
, 165422
(2013
).18.
S. C.
Wu
, G.
Shan
, and B.
Yan
, Phys. Rev. Lett.
113
, 256401
(2014
).19.
C. L.
Kane
and E. J.
Mele
, Phys. Rev. Lett.
95
, 226801
(2005
).20.
Y. G.
Yao
, F.
Ye
, X. L.
Qi
, S. C.
Zhang
, and Z.
Fang
, Phys. Rev. B
75
, 041401(R)
(2007
).21.
P.
Vogt
, P. D.
Padova
, C.
Quaresima
, J.
Avila
, E.
Frantzeskakis
, M. C.
Asensio
, A.
Resta
, B.
Ealet
, and G. L.
Lay
, Phys. Rev. Lett.
108
, 155501
(2012
).22.
L.
Li
, S.
Lu
, J.
Pan
, Z.
Qin
, Y.
Wang
, Y.
Wang
, G.
Cao
, S.
Du
, and H.
Gao
, Adv. Mater.
26
, 4820
(2014
).23.
F.
Zhu
, W.
Chen
, Y.
Xu
, C.
Gao
, D.
Guan
, C.
Liu
, D.
Qian
, S. C.
Zhang
, and J.
Jia
, Nat. Mater.
14
, 1020
(2015
).24.
P.
Tang
, P.
Chen
, W.
Cao
, H.
Huang
, S.
Cahangirov
, L.
Xian
, Y.
Xu
, S. C.
Zhang
, W.
Duan
, and A.
Rubio
, Phys. Rev. B
90
, 121408(R)
(2014
).25.
S.
Cahangirov
, V. O.
Ozcelik
, L.
Xian
, J.
Avila
, S.
Cho
, M. C.
Asensio
, S.
Ciraci
, and A.
Rubio
, Phys. Rev. B
90
, 035448
(2014
).26.
G.
Kresse
and D.
Joubert
, Phys. Rev. B
59
, 1758
(1999
).27.
G.
Kresse
and J.
Furthmuller
, Phys. Rev. B
54
, 11169
(1996
).28.
J. P.
Perdew
, K.
Burke
, and M.
Ernzerhof
, Phys. Rev. Lett.
77
, 3865
(1996
).29.
D. J.
Thouless
, M.
Kohmoto
, M. P.
Nightingale
, and M.
den Nijs
, Phys. Rev. Lett.
49
, 405
(1982
).30.
Y. G.
Yao
, L.
Kleinman
, A. H.
MacDonald
, J.
Sinova
, T.
Jungwirthe
, D. S.
Wang
, E.
Wang
, and Q.
Niu
, Phys. Rev. Lett.
92
, 037204
(2004
).31.
X. J.
Wang
, J. R.
Yates
, I.
Souza
, and D.
Vanderbilt
, Phys. Rev. B
74
, 195118
(2006
).32.
N.
Marzari
and D.
Vanderbilt
, Phys. Rev. B
56
, 12847
(1997
).33.
I.
Souza
, N.
Marzari
, and D.
Vanderbilt
, Phys. Rev. B
65
, 035109
(2001
).34.
A. A.
Mostofi
, J. R.
Yates
, Y. S.
Lee
, I.
Souza
, D.
Vanderbilt
, and N.
Marzari
, Comput. Phys. Commun.
178
, 685
(2008
).35.
Q. Z.
Wang
, X.
Liu
, H. J.
Zhang
, N.
Samarth
, S. C.
Zhang
, and C. X.
Liu
, Phys. Rev. Lett.
113
, 147201
(2014
).36.
G.
Xu
, B.
Lian
, and S. C.
Zhang
, Phys. Rev. Lett.
115
, 186802
(2015
).37.
D. K.
Efetov
and P.
Kimg
, Phys. Rev. Lett.
105
, 256805
(2010
).38.
J. G.
Checkelsky
, Y. S.
Hor
, R. J.
Cava
, and N. P.
Ong
, Phys. Rev. Lett.
106
, 196801
(2011
).39.
L.
Britnell
, R.
Gorbachev
, R.
Jalil
, B.
Belle
, F.
Schedin
, A.
Mishchenko
, T.
Georgiou
, M.
Katsnelson
, L.
Eaves
, S.
Morozov
, N. M. R.
Peres
, J.
Leist
, A. K.
Geim
, K. S.
Novoselov
, and L. A.
Ponomarenko
, Science
335
, 947
(2012
).40.
L.
Ju
, J.
Velasco
, Jr., E.
Huang
, S.
Kahn
, C.
Nosiglia
, H. Z.
Tsai
, W.
Yang
, T.
Taniguchi
, K.
Watanabe
, Y.
Zhang
, G.
Zhang
, M.
Crommie
, A.
Zettl
, and F.
Wang
, Nat. Nanotechnol.
9
, 348
(2014
).41.
W.-L.
Lee
, S.
Watauchi
, V. L.
Miller
, R. J.
Cava
, and N. P.
Ong
, Science
303
, 1647
(2004
).© 2016 AIP Publishing LLC.
2016
AIP Publishing LLC
You do not currently have access to this content.
