Topological Quantum Phase Transition in 5d Transition Metal Oxide Na2IrO3

Choong H. Kim, Heung Sik Kim, Hogyun Jeong, Hosub Jin, and Jaejun Yu Phys. Rev. Lett. 108, 106401 (2012)
참여연구원: 김충현 박사, 김흥식(박사과정), 유재준 교수

최근 위상절연체라는 특별한 절연체 상이 물리학 계에서 큰 주목을 받으면서 많은 연구가 수행되고 있지만, 전이금속을 포함한 위상절연체에 관한 연구는 거의 이루어지지 못하고 있다.
전이 금속을 포함한 위상절연체는 강하게 상호작용하는 전자계가 위상절연체의 상을 가질때 보일 수 있는 여러가지 흥미로운 현상들을 보일 수 있기 때문에, 학문적으로나 산업적으로나 중요한 자리에 위치할 수 있다.
우리는 5d 전이금속인 Ir을 포함하는 Na2IrO3라는 물질에서 위상절연체 상을 얻을 수 있는 가능성을 제일원리 계산과 타이트 바인딩 모델 분석을 통해 이론적으로 예측하였다.
본 연구를 통해 전이 금속이 포함된 위상절연체 연구에 새로운 돌파구가 열릴 것으로 기대된다.



We predict a quantum phase transition from normal to topological insulators in the 5d transition metal oxide Na2IrO3, where the transition can be driven by the change of the long-range hopping and trigonal crystal field terms. From the first-principles-derived tight-binding Hamiltonian, we determine the phase boundary through the parity analysis. In addition, our first-principles calculations for Na2IrO3 model structures show that the interlayer distance can be an important parameter for the existence of a three-dimensional strong topological insulator phase. Na2IrO3 is suggested to be a candidate material which can have both a nontrivial topology of bands and strong electron correlations.