title: Polarons and breathing distortion tuned topology in kagome lattice Nb3I8 monolayer
Creators: name: Chen, Taikang
Publisher: name: :none
Year: 2025

description: Das Zusammenspiel von Geometrie, Topologie und Magnetismus auf quantenmechanischer Ebene führt zu einer Vielzahl faszinierender physikalischer Phänomene und rückt die Untersuchung nichttrivialer Gitterstrukturen in den Fokus der Festkörperphysik. Eines der wichtigsten Beispiele für eine solche Struktur ist das Kagome-Gitter, das aus eckenverknüpften Dreiecken besteht. Gleichzeitig sind Polaronen—Quasiteilchen, die durch die Wechselwirkung eines Elektrons mit seinem umgebenden Gitter entstehen—ein gut etabliertes Forschungsthema an der Schnittstelle von Physik, Chemie und Materialwissenschaften. Die Existenz von Polaronen in topologischen Materialien ist jedoch bisher kaum untersucht. Dies führt zu einer fundamentalen Fragestellung: Können Polaronen in topologischen Materialien existieren? Die Beantwortung dieser Frage steht im Mittelpunkt dieser Arbeit, indem Polaronen in topologischen Materialien nachgewiesen und charakterisiert werden. In dieser Arbeit untersuchen wir das Zusammenspiel zwischen Atmungsver-zerrungen, topologischen Phasenübergängen und der Polaronenbildung in monolagigem Nb3I8 mit Kagome-Gitterstruktur unter Verwendung von ab initio Berechnungen. Unsere Ergebnisse sagen einen topologischen Phasenübergang im ungestörten Nb3I8 Monolayer von einem trivialen Isolator zu einem Chern-Isolator voraus, wenn die Atmungsverzerrung variiert wird. Darüber hinaus identifizieren wir erfolgreich die Existenz von Polaronen in elektronisch dotiertem Nb3I8 Monolayer und zeigen damit dessen Potenzial als neuartige Plattform zur Untersuchung der Polaronphysik in topologischen Materialien auf.
description: The interplay between geometry, topology, and magnetism at the quantum level gives rise to a rich variety of intriguing physical phenomena, placing the study of nontrivial lattice systems at the forefront of condensed matter physics. Among such systems, the Kagome lattice, composed of corner-sharing triangles, serves as a prototypical example of a nontrivial lattice structure. Meanwhile, polarons—quasiparticles formed by an electron interacting with its surrounding lattice—are a well-established subject of interdisciplinary research spanning physics, chemistry, and materials science. However, the occurrence of polarons in topological materials remains relatively unexplored, raising fundamental questions: Can polarons exist in topological materials? Addressing this question constitutes the central objective of this study, detecting and characterizing polarons in topological materials. In this thesis, we investigate the interplay between breathing distortions, topological phase transitions, and polaron formation in monolayer Nb3I8 with a Kagome lattice structure, employing first-principles calculations. Our results predict a topological phase transition in pristine Nb3I8 monolayer from a trivial insulator to a Chern insulator as the breathing distortion is tuned. Moreover, we successfully identify the presence of polarons in electron doped Nb3I8 monolayer, highlighting its potential as a novel platform for studying polaron physics in topological materials.