Модификация топологических поверхностных состояний в новых синтетических топологических системах Mn1−xAxBi2Te4/MnBi2Te4 (A=Si, Ge, Sn, Pb)

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

В данной работе с помощью ab initio расчетов была исследована возможность изменения энергетической запрещенной зоны в топологических поверхностных состояниях систем на основе собственного антиферромагнитного топологического изолятора MnBi2Te4. Системы получены путем замещения атомов магнитного металла (Mn) на атомы немагнитных элементов (A=Si, Ge, Sn, Pb) в поверхностном семислойном блоке (Mn1−xAxBi2Te4/MnBi2Te4). Результаты исследования показали значительную модуляцию величины энергетической запрещенной зоны в широком диапазоне от 60 мэВ до 0мэВ при увеличении концентрации замещения x. Более того, было обнаружено, что выбор замещающего элемента влияет на характер изменения величины энергетической запрещенной зоны. Так, для Si и Ge была выявлена монотонная зависимость величины энергетической запрещенной зоны от x, в то время как для Sn и Pb минимальное значение энергетической запрещенной зоны наблюдалось при x = 0.75. Полученные в работе результаты позволяют предположить, что основным механизмом модуляции энергетической запрещенной зоны в исследованных системах является изменение локализации топологических поверхностных состояний.

Об авторах

Т. П Естюнина

Санкт-Петербургский государственный университет

Email: i@tmakarova.ru
С.-Петербург, Россия

А. В Тарасов

Санкт-Петербургский государственный университет

С.-Петербург, Россия

А. В Ерыженков

Санкт-Петербургский государственный университет

С.-Петербург, Россия

Д. А Естюнин

Санкт-Петербургский государственный университет

С.-Петербург, Россия

А. М Шикин

Санкт-Петербургский государственный университет

С.-Петербург, Россия

Список литературы

  1. B.A. Bernevig, C. Felser, and H. Beidenkopf, Nature 603, 41 (2022).
  2. M. Z. Hasan and C. L. Kane, Rev. Mod. Phys. 82, 3045 (2010).
  3. X.-L. Qi, T. L. Hughes, and S.-C. Zhang, Phys. Rev. B 78, 195424 (2008).
  4. A. Bansil, H. Lin, and T. Das, Rev. Mod. Phys. 88, 021004 (2016).
  5. X. Kou, Y. Fan, M. Lang, P. Upadhyaya, and K. L. Wang, Solid State Commun. 215, 34 (2015).
  6. C.-Z. Chang and M. Li, J. Phys. Condens. Matter 28, 123002 (2016).
  7. K. He and Q.-K. Xue, Spin 9, 1940016 (2019).
  8. T. Zhu, H. Wang, H. Zhang, and D. Xing, npj Computational Materials 7, 121 (2021).
  9. M.M. Otrokov, I. I. Klimovskikh, H. Bentmann et al. (Collaboration), Nature 576, 416 (2019).
  10. J. Li, Y. Li, S. Du, Z. Wang, B.-L. Gu, S.-C. Zhang, K. He, W. Duan, and Y. Xu, Sci. Adv. 5, eaaw5685 (2019).
  11. Y. J. Chen, L.X. Xu, J.H. Li et al. (Collaboration), Phys. Rev. X 9, 041040 (2019).
  12. P. Wang, J. Ge, J. Li, Y. Liu, Y. Xu, and J. Wang, The Innovation 2, 100098 (2021).
  13. Y. Tokura, K. Yasuda, and A. Tsukazaki, Nat. Rev. Phys. 1, 126 (2019).
  14. Y. Ando, J. Phys. Soc. Jpn. 82, 102001 (2013).
  15. K. Okamoto, K. Kuroda, H. Miyahara, K. Miyamoto, T. Okuda, Z. S. Aliev, M.B. Babanly, I.R. Amiraslanov, K. Shimada, H. Namatame, M. Taniguchi, D.A. Samorokov, T.V. Menshchikova, E.V. Chulkov, and A. Kimura, Phys. Rev. B 86, 195304 (2012).
  16. K. Kuroda, H. Miyahara, M. Ye et al. (Collaboration), Phys. Rev. Lett. 108, 206803 (2012).
  17. Y. Li, C. Huang, G.Wang, J. Hu, S. Duan, C. Xu, Q. Lu, Q. Jing, W. Zhang, and D. Qian, Chin. Phys. B 30, 127901 (2021).
  18. L. Ding, C. Hu, F. Ye, E. Feng, N. Ni, and H. Cao, Phys. Rev. B 101, 020412 (2020).
  19. I. I. Klimovskikh, M.M. Otrokov, D. Estyunin et al. (Collaboration), npj Quantum Mater. 5, 54 (2020).
  20. A.M. Shikin, N.L. Zaitsev, A.V. Tarasov, T.P. Makarova, D.A. Glazkova, D.A. Estyunin, and I. I. Klimovskikh, JETP Lett. 116, 556 (2022).
  21. T. Qian, Y.-T. Yao, C. Hu, E. Feng, H. Cao, I. I. Mazin, T.-R. Chang, and N. Ni, Phys. Rev. B 106, 045121 (2022).
  22. A.V. Tarasov, T. P. Makarova, D.A. Estyunin, A.V. Eryzhenkov, I. I. Klimovskikh, V.A. Golyashov, K.A. Kokh, O.E. Tereshchenko, and A.M. Shikin, Symmetry 15, 469 (2023).
  23. A. S. Frolov, D.Y. Usachov, A.V. Tarasov et al. (Collaboration), arXiv preprint arXiv:2306.13024 (2023).
  24. T. P. Estyunina, A.M. Shikin, D.A. Estyunin, A.V. Eryzhenkov, I. I. Klimovskikh, K.A. Bokai, V.A. Golyashov, K.A. Kokh, O.E. Tereshchenko, S. Kumar, K. Shimada, and A.V. Tarasov, Nanomaterials 13, 2151 (2023).
  25. N. Troullier and J. L. Martins, Phys. Rev. B 43, 8861 (1991).
  26. T. Ozaki, Phys. Rev. B 67, 155108 (2003).
  27. T. Ozaki and H. Kino, Phys. Rev. B 69, 195113 (2004).
  28. T. Ozaki and H. Kino, Phys. Rev. B 72, 045121 (2005).
  29. J. P. Perdew, K. Burke, and M. Ernzerhof, Phys. Rev. Lett. 77, 3865 (1996).
  30. M. J. Han, T. Ozaki, and J. Yu, Phys. Rev. B 73, 045110 (2006).
  31. T. P. Makarova, A.M. Shikin, A.V. Eryzhenkov, and A.V. Tarasov, JETP 136, 630 (2023).
  32. D. Zhang, M. Shi, T. Zhu, D. Xing, H. Zhang, and J. Wang, Phys. Rev. Lett. 122, 206401 (2019).
  33. D.A. Estyunin, A.A. Rybkina, K.A. Kokh, O.E. Tereshchenko, M.V. Likholetova, I. I. Klimovskikh, and A.M. Shikin, Magnetochemistry 9, 210 (2023).
  34. A.M. Shikin, T. P. Makarova, A.V. Eryzhenkov, D.Yu. Usachov, D.A. Estyunin, D.A. Glazkova, I. I. Klimovskikh, A.G. Rybkin, and A.V. Tarasov, Physica B: Condensed Matter 649, 414443 (2023).
  35. A.M. Shikin, D.A. Estyunin, N. L. Zaitsev et al. (Collaboration), Phys. Rev. B 104, 115168 (2021).

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2024