By this author

Influence of Structural Parameters on the Electronic Structure of Topological Surface States in MnBi2Te4

Issue number 5 from 01.05.2023

Экспериментальные исследования электронной структуры антиферромагнитного топологического изолятора MnBi2Te4 показывают, что величина энергетической запрещенной зоны для различных образцов кристалла может варьироваться в широком энергетическом диапазоне. В связи с тем, что величина запрещенной зоны является одним из ключевых параметров при использовании данной системы для разработки новых функциональных электронных устройств, вопросы о причинах вариации запрещенной зоны в точке Дирака для MnBi2Te4 и ее связи с магнитными взаимодействиями являются весьма важными и требуют всестороннего анализа. С целью выявления факторов, влияющих на величину запрещенной зоны, в данной работе проведен анализ изменений электронной структуры исследуемого топологического изолятора при вариации величины поверхностного ван-дер-ваальсова промежутка. Результаты расчетов показали, что при подобных структурных модификациях значение запрещенной зоны может меняться в широком диапазоне от 80-88 мэВ до 4-5 мэВ, что объясняется сильным пространственным перераспределением топологических поверхностных состояний между семислойными блоками MnBi2Te4, имеющими противоположные направления магнитных моментов Mn. Полученные результаты позволяют предположить, что основным параметром, определяющим величину запрещенной зоны, является пространственная локализация топологических поверхностных состояний, на которую могут сильно влиять структурные изменения, происходящие на поверхности кристалла.

43 0

ISSLEDOVANIE VZAIMOSVYaZI TOPOLOGIChESKOGO FAZOVOGO PEREKhODA, AKSIONO-PODOBNOGO SOSTOYaNIYa I MAGNITOELEKTRIChESKOGO EFFEKTA V ANTIFERROMAGNITNOM TOPOLOGIChESKOM IZOLYaTORE MnBi2Te4

Issue number 4 from 01.04.2024

Методом теории функционала плотности проведены расчеты, показывающие возможность реализации топологического фазового перехода (ТФП) из топологического в тривиальное состояние и связи данного перехода с формированием аксионо-подобного состояния в антиферромагнитном топологическом изоляторе MnBi2Te4 путем анализа изменений электронной и спиновой структур топологических поверхностных состояний (ТПС) и величины энергетической запрещенной зоны (ЭЗЗ) в точке Дирака при вариации величины спин-орбитального взаимодействия. Анализ показал, что данный ТФП соответствует минимуму ЭЗЗ, открываемой в точке Дирака, и характеризуется инверсией p− z -состояний Te и p+ z -состояний Bi с различной четностью на краях формируемой ЭЗЗ, что соответствует изменению знака ЭЗЗ области ТФП между топологической и тривиальной фазами. В точке перехода имеют место инверсия внеплоскостной спиновой поляризации для состояний нижней и верхней частей конуса Дирака и пространственное перераспределение состояний, формирующих ТПС между поверхностью и объемом. При этом ТФП происходит без полного закрытия ЭЗЗ с «перескоком» через нуль и образованием ненулевой ЭЗЗ, что мы связываем с образованием аксионо-подобного состояния, которое обусловлено нетривиальной взаимосвязью немагнитного (спин-орбитального) и магнитного взаимодействий на границе между топологической и тривиальной фазами для системы с параметрами, близкими к ТФП. Предложено комплексное представление такой взаимосвязи в области ТФП, когда аксионный член изменяется между квантованными значениями π и 0, характерными для топологической и тривиальной фаз, что приводит к их взаимосвязи в области ТФП и определяет ненулевую ЭЗЗ в точке Дирака. Приложение электрического поля перпендикулярно поверхности к системе, находящейся в состоянии ТФП, приводит к изменению электронной и спиновой структур и переходу из топологического в тривиальное состояние системы и наоборот при смене направленности приложенного поля и показывает возможность реализации топологического магнитоэлектрического эффекта в области ТФП.

44 0