Особенности электронного спектра при переходе из фазы аксионного изолятора в фазу квантового аномального эффекта Холла в тонкой пленке собственного антиферромагнитного топологического изолятора
- Авторы: Меньшов В.Н1,2,3, Чулков Е.В1,2,4
-
Учреждения:
- Томский государственный университет
- Санкт-Петербургский государственный университет
- Национальный исследовательский центр “Курчатовский институт”
- Университет страны Басков UPV/EHU
- Выпуск: Том 117, № 1-2 (1) (2023)
- Страницы: 147-157
- Раздел: Статьи
- URL: https://journals.rcsi.science/0370-274X/article/view/145126
- DOI: https://doi.org/10.31857/S1234567823020106
- EDN: https://elibrary.ru/OETPSG
- ID: 145126
Цитировать
Аннотация
В данной работе мы исследуем топологические состояния электронов в тонкой пленке собственного антиферромагнитного топологического изолятора, акцентируя внимание на их взаимосвязи с магнитной текстурой. Мы рассматриваем модель пленки с четным числом семислойных блоков, которая подвержена переходу из фазы аксионного изолятора в фазу квантованной холловской проводимости во внешнем магнитном поле. В континуальном подходе мы моделируем эффективный двумерный гамильтониан тонкой пленки топологического изолятора с неколлинеарной намагниченностью, на основе которого получаем энергетический спектр и кривизну Берри. Анализ топологических индексов позволяет построить топологическую фазовую диаграмму в зависимости от параметров системы и степени неколлинеарности. Для топологически различных областей диаграммы мы описываем краевые электронные состояния на боковой грани пленки. Кроме того, мы исследуем спектр одномерных состояний на доменной стенке, разделяющей домены с противоположным углом неколлинеарности. Мы также обсуждаем полученные результаты и экспериментальную ситуацию в тонких пленках соединения MnBi2Te4.
Об авторах
В. Н Меньшов
Томский государственный университет;Санкт-Петербургский государственный университет;Национальный исследовательский центр “Курчатовский институт”
Email: vnmenshov@mail.ru
Е. В Чулков
Томский государственный университет;Санкт-Петербургский государственный университет;Университет страны Басков UPV/EHU
Список литературы
- Y. Tokura, K. Yasuda, and A. Tsukazaki, Nat. Rev. Phys. 1, 126 (2019).
- C.-Z. Chang, J. Zhang, X. Feng et al., Science 340, 167 (2013).
- C.-Z. Chang and M. Li, J. Phys. Condens. Matter 28, 123002 (2016).
- X. Kou, Y. Fan, M. Lang, P. Upadhyaya, and K. L. Wang, Solid State Commun. 215-216, 34 (2015).
- H. Weng, R. Yu, X. Hu, X. Dai, and Z. Fang, Adv. Phys. 64, 227 (2015).
- A. Sekine and K. Nomura, J. Appl. Phys. 129, 141101 (2021).
- D. M. Nenno, C. A. C. Garcia, J. Gooth, C. Felser, and P. Narang, Nat. Rev. Phys. 2, 682 (2020).
- Y. Zhao and Q. Liu, Appl. Phys. Lett. 119, 060502 (2021).
- M. M. Otrokov, I. I. Klimovskikh, H. Bentmann et al. (Collaboration), Nature 576, 416 (2019).
- Y. Gong, J. Guo, J. Li et al. (Collaboration), Chin. Phys. Lett. 36, 076801 (2019).
- Y. Deng, Y. Yu, M. Z. Shi, Z. Guo, Z. Xu, J. Wang, X. H. Chen, and Y. Zhang, Science 367, 895 (2020).
- C. Liu, Y. Wang, H. Li, Y. Wu, Y. Li, J. Li, K. He, Y. Xu, J. Zhang, and Y. Wang, Nat. Mater. 19, 522 (2020).
- А. М. Шикин, Д. А. Естюнин, Д. А. Глазкова, С. О. Фильнов, И. И. Климовских, Письма в ЖЭТФ 115, 241 (2022).
- А. М. Шикин, Н. Л. Зайцев, А. В. Тарасов, Т. П. Макарова, Д. А. Глазкова, Д. А. Естюнин, И. И. Климовских, Письма в ЖЭТФ 116, 544 (2022).
- Н. А. Абдуллаев, И. Р. Амирасланов, З. С. Алиев, З. А. Джахангирли, И. Ю. Скляднева, Е. Г. Ализаде, Е. Н. Алиева, М. М. Отроков, В. Н. Зверев, Н. Т. Мамедов, Е. В. Чулков, Письма в ЖЭТФ 115, 801 (2022).
- Д. А. Глазкова, Д. А. Естюнин, И. И. Климовских, Т. П. Макарова, О. Е. Терещенко, К. А. Кох, В. А. Голяшов, А. В. Королева, А. М. Шикин, Письма в ЖЭТФ 115, 315 (2022).
- А. M. Шикин, Д. А. Естюнин, Н. Л. Зайцев, Д. А. Глазкова, И. И. Климовских, С. О. Фильнов, А. Г. Рыбкин, К. А. Кох, О. Е. Терещенко, К. А. Звездин, А. К. Звездин, ЖЭТФ 161, 126 (2022).
- I. I. Klimovskikh, M. M. Otrokov, D. Estyunin et al. (Collaboration), npj Quantum Mater. 5, 54 (2020).
- M. M. Otrokov, I. P.Rusinov, M. Blanco-Rey, M. Ho mann, A. Y. Vyazovskaya, S. V. Eremeev, A. Ernst, P. M. Echenique, A. Arnau, and E. V. Chulkov, Phys. Rev. Lett. 122, 107202 (2019).
- S. H. Lee, Y. Zhu, Y. Wang et al. (Collaboration), Phys. Rev. Research 1, 012011 (2019).
- C. Lei, O. Heinonen, A. H. MacDonald, and R. J. McQueeney, Phys. Rev. Mater. 5, 064201 (2021).
- S. Yang, X. Xu, Y. Zhu, R. Niu, C. Xu, Y. Peng, X. Cheng, X. Jia, Y. Huang, X. Xu, J. Lu, and Y. Ye, Phys. Rev. X 11, 011003 (2021).
- J. Cai, D. Ovchinnikov, Z. Fei, M. He, T. Song, Z. Lin, C. Wang, D. Cobden, J.-H. Chu, Y.-T. Cui, C.-Z. Chang, D. Xiao, J. Yan, and X. Xu, Nat.Commun. 13, 1668 (2022).
- D. Ovchinnikov, X. Huang, Z. Lin, Z. Fei, J. Cai, T. Song, M. He, Q. Jiang, C. Wang, H. Li, Y. Wang, Y. Wu, D. Xiao, J.-H. Chu, J. Yan, C.-Z. Chang, Y.-T. Cui, and X. Xu, Nano Lett. 21, 2544 (2021).
- Y. Feng, J. Zhu, W. Lin, Z. Lian, Y. Wang, H. Li, H. Yao, Q. He, Y. Pan, Y. Wu, J. Zhang, Y. Wang, X. Zhou, J. Shen, and Y. Wang, Nano Lett. 22, 7606 (2022).
- R. S. K. Mong, A. M. Essin, and J. E. Moore, Phys. Rev. B 81, 245209 (2010).
- D. Zhang, M. Shi, T. Zhu, D. Xing, H. Zhang, and J. Wang, Phys. Rev. Lett. 122, 206401 (2019).
- E. K. Petrov, V. N. Men'shov, I. P.Rusinov, M. Ho mann, A. Ernst, M. M. Otrokov, V. K. Dugaev, T. V. Menshchikova, and E. V. Chulkov, Phys. Rev. B 103, 235142 (2021).
- P. M. Sass, J. Kim, D. Vanderbilt, J. Yan, and W. Wu, Phys. Rev. Lett. 125, 037201 (2020).
- I. P.Rusinov, V. N. Men'shov, and E. V. Chulkov, Phys. Rev. B 104, 035411 (2021).
- В. Н. Меньшов, И. П. Русинов, Е. В. Чулков, Письма в ЖЭТФ 114, 768 (2021)
- V. N. Men'shov, I. P.Rusinov, and E. V. Chulkov, JETP Lett. 114, 699 (2021).
- C.-X. Liu, X.-L. Qi, H. J. Zhang, X. Dai, Z. Fang, and S.-C. Zhang, Phys. Rev. B 82, 045122 (2010).
- D. Zhang, M. Shi, T. Zhu, D. Xing, H. Zhang, and J. Wang, Phys. Rev. Lett. 122, 206401 (2019).
- В. Н. Меньшов, В. В. Тугушев, Е. В. Чулков, Письма в ЖЭТФ 104, 480 (2016)
- V. N. Men'shov, V. V. Tugushev, and E. V. Chulkov, JETP Lett. 104, 453 (2016).
- V. N. Men'shov, I. A. Shvets, V. V. Tugushev, and E. V. Chulkov, Phys. Rev. B 96, 075302 (2017).
- В. Н. Меньшов, И. А. Швец, Е. В. Чулков, Письма в ЖЭТФ 110, 777 (2019)
- V. N. Men'shov, I. A. Shvets, and E. V. Chulkov, JETP Lett. 110, 771 (2019).
- V. N. Men'shov, I. A. Shvets, and E. V. Chulkov, Phys. Rev. B 106, 205301 (2022).
- P. Swatek, Y. Wu, L.-L. Wang, K. Lee, B. Schrunk, J. Yan, and A. Kaminski, Phys. Rev. B 101, 161109(R) (2020).
- J. Ge, Y. Liu, P. Wang, Z. Xu, J. Li, H. Li, Z. Yan, Y. Wu, Y. Xu, and J. Wang, Phys. Rev. B 105, L201404 (2022).
- Y.-H. Li and R. Cheng, Phys. Rev. Research 4, L022067 (2022).
- H.-Z. Lu, W.-Y. Shan, W. Yao, Q. Niu, and S.-Q. Shen, Phys. Rev. B 81, 115407 (2010).
- R. Takahashi, Topological States on Interfaces Protected by Symmetry, Springer, Tokyo, Japan (2015).
- B. A. Bernevig, T. L. Hughes, and S.-C. Zhang, Science 314(5806), 1757 (2006).
- X. L. Qi and S. C. Zhang, Rev. Mod. Phys. 83, 1057 (2011).
- D. R. Candido, M. Kharitonov, J. C. Egues, and E. M. Hankiewicz, Phys. Rev. B 98, 161111(R) (2018).
- K. Yasuda, M. Mogi, R. Yoshimi, A. Tsukazaki, K. S. Takahashi, M. Kawasaki, F. Kagawa, and Y. Tokura, Science 358, 1311 (2017).
- V. N. Men'shov, I. A. Shvets, and E. V. Chulkov, Phys. Rev. B 99, 115301 (2019).
- J. G. Checkelsky, J. Ye, Y. Onose, Y. Iwasa, and Y. Tokura, Nat. Phys. 8, 729 (2012).
- S. K. Chong, C. Lei, S. H. Lee, J. Jaroszynski, Z. Mao, A. H. MacDonald, and K. L. Wang, https://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/2208/2208.13332.pdf.
- A. A. Zyuzin, M. D. Hook, and A. A. Burkov, Phys. Rev. B 83, 245428 (2011).
- 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(R) (2020).