Interplay between Magnetism and Topology in MnBi2Te4

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The dependence of the topology of the fermion excitation spectrum on the magnetic state of the system is analyzed taking into account the structure of the Te–Mn–Te trilayer in the Te–Bi–Te–Mn–Te–Bi–Te layer sequence of the MnBi2Te4 van der Waals single crystal, crystal field effects, spin–orbit coupling, and the covalent mixing of electronic states of Mn2+ ions with electronic states of Te2– ions in the strong electron correlation regime. The Chern number in the ferromagnetic phase, which is due to the kinematic interaction between Hubbard fermions, is equal to 1; i.e., the topology of the band structure of the Te–Mn–Te trilayer is nontrivial. The Chern number in the paramagnetic phase is zero; i.e., the topology is trivial. The magnetic moments of Mn2+ ions for the constructed spin orbitals are perpendicular to the layers. The magnetic moments of Mn2+ ions in the nearest layers are antiferromagnetically ordered via the Anderson mechanism.

About the authors

V. V. Val'kov

Kirensky Institute of Physics, Federal Research Center KSC, Siberian Branch, Russian Academy of Sciences

Email: vvv@iph.krasn.ru
660036, Krasnoyarsk, Russia

A. O. Zlotnikov

Kirensky Institute of Physics, Federal Research Center KSC, Siberian Branch, Russian Academy of Sciences

Email: vvv@iph.krasn.ru
660036, Krasnoyarsk, Russia

A. Gamov

Kirensky Institute of Physics, Federal Research Center KSC, Siberian Branch, Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: vvv@iph.krasn.ru
660036, Krasnoyarsk, Russia

References

  1. R. Yu, W. Zhang, H.-J. Zhang, S.-C. Zhang, X. Dai, and Z. Fang, Science 329, 61 (2010).
  2. X.-L. Qi and S.-C. Zhang, Rev. Mod. Phys. 83, 1057 (2011).
  3. C.-Z. Chang, J. Zhang, X. Feng et al. (Collaboration), Science 340, 167 (2013).
  4. D. Zhang, M. Shi, T. Zhu, D. Xing, H. Zhang, and J. Wang, Phys. Rev. Lett. 122, 206401 (2019).
  5. M. M. Otrokov, I. I. Klimovskikh, H. Bentmann et al. (Collaboration), Nature 576, 416 (2019).
  6. 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).
  7. Y. Gong, J. Guo, J. Li et al. (Collaboration), Chinese Phys. Lett. 36, 076801 (2019).
  8. R. S. K. Mong, A. M. Essin, and J. E. Moore, Phys. Rev. B 81, 245209 (2010).
  9. D. S. Lee, T.-H. Kim, C.-H. Park, C.-Y. Chung, Y. S. Lim, W.-S. Seo, and H.-H. Park, CrystEngComm 15, 5532 (2013).
  10. Y. Li, Z. Jiang, J. Li, S. Xu, and W. Duan, Phys. Rev. B 100, 134438 (2019).
  11. B. Li, J.-Q. Yan, D. M. Pajerowski, E. Gordon, A.-M. Nedi, Y. Sizyuk, L. Ke, P. P. Orth, D. Vaknin, and R. J. McQueeney, Phys. Rev. Lett. 124, 167204 (2020).
  12. H.-P. Sun, C. M. Wang, S.-B. Zhang, R. Chen, Y. Zhao, C. Liu, Q. Liu, C. Chen, H.-Z. Lu, and X. C. Xie, Phys. Rev. B 102, 241406 (2020).
  13. M. M. Otrokov, I. P.Rusinov, M. Blanco-Rey, M. Ho mann, A. Yu. Vyazovskaya, S. V. Eremeev, A. Ernst, P. M. Echenique, A. Arnau, and E. V. Chulkov, Phys. Rev. Lett. 122, 107202 (2019).
  14. А. М. Шикин, Д. А. Естюнин, Д. А. Глазкова, С. О. Фильнов, И. И. Климовских, Письма в ЖЭТФ 115, 241 (2022).
  15. С. А. Альтшулер, Б. М. Козырев, Электронный парамагнитный резонанс соединений элементов переходных групп, Наука, М. (1972).
  16. K. W. H. Stewens, Proc. Phys. Soc. A 65, 209 (1952).
  17. К. Бальхаузен, Введение в теорию поля лигандов, Мир, М. (1964).
  18. J. Hubbard, Proc. Roy. Soc. A 276, 238 (1963).
  19. B. A. Bernevig, T. L. Hughes, and S.-C. Zhang, Science 314, 1757 (2006).
  20. X. Dang, J. D. Burton, A. Kalitsov, J. P. Velev, and E. Y. Tsymbal, Phys. Rev. B. 90, 155307 (2014).
  21. В. В. Вальков, Письма в ЖЭТФ 111, 772 (2020).
  22. В. В. Вальков, Письма в ЖЭТФ 114, 812 (2021).
  23. J. Hubbard, Proc. R. Soc. A 285, 542 (1965).
  24. Р. О. Зайцев, ЖЭТФ 68, 207 (1975).
  25. Р. О. Зайцев, ЖЭТФ 70, 1100 (1976).
  26. Y. Nagaoka, Phys. Rev. 147, 392 (1966).
  27. Ю. А. Изюмов, УФН 161(11), 1 (1991).
  28. Ю. А. Изюмов, УФН 165, 403 (1995).
  29. Ю. А. Изюмов, УФН 167, 465 (1997).
  30. Н. Н. Боголюбов, Изв. Ан. СССР. Сер. физ. VI(1), 77 (1947).
  31. Д. Н. Зубарев Неравновесная статистическая термодинамика, Наука, М. (1971).
  32. R. Zwanzig, Phys. Rev. 124, 983 (1961).
  33. H. Mori, Prog. Theor. Phys. 33, 423 (1965).
  34. D. J. Thouless, M. Kohmoto, M. P. Nightingale, and M. den Nijs, Phys. Rev. Lett. 49, 405 (1982).
  35. J. K. Asboth, L. Oroszlany, and A. Palyi, A Short Course on Topological Insulators, The Series Lecture Notes in Physics, Springer, Heidelberg (2016), v. 919.
  36. В. В. Вальков, В. А. Мицкан, А. О. Злотников, М. С. Шустин, С. В. Аксенов, Письма в ЖЭТФ 110, 126 (2019).
  37. Р. О. Зайцев, ЖЭТФ 123, 325 (2003).

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2023 Российская академия наук

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».