Особенности электронного спектра при переходе из фазы аксионного изолятора в фазу квантового аномального эффекта Холла в тонкой пленке собственного антиферромагнитного топологического изолятора

Обложка

Цитировать

Полный текст

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

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

  1. Y. Tokura, K. Yasuda, and A. Tsukazaki, Nat. Rev. Phys. 1, 126 (2019).
  2. C.-Z. Chang, J. Zhang, X. Feng et al., Science 340, 167 (2013).
  3. C.-Z. Chang and M. Li, J. Phys. Condens. Matter 28, 123002 (2016).
  4. X. Kou, Y. Fan, M. Lang, P. Upadhyaya, and K. L. Wang, Solid State Commun. 215-216, 34 (2015).
  5. H. Weng, R. Yu, X. Hu, X. Dai, and Z. Fang, Adv. Phys. 64, 227 (2015).
  6. A. Sekine and K. Nomura, J. Appl. Phys. 129, 141101 (2021).
  7. D. M. Nenno, C. A. C. Garcia, J. Gooth, C. Felser, and P. Narang, Nat. Rev. Phys. 2, 682 (2020).
  8. Y. Zhao and Q. Liu, Appl. Phys. Lett. 119, 060502 (2021).
  9. M. M. Otrokov, I. I. Klimovskikh, H. Bentmann et al. (Collaboration), Nature 576, 416 (2019).
  10. Y. Gong, J. Guo, J. Li et al. (Collaboration), Chin. Phys. Lett. 36, 076801 (2019).
  11. Y. Deng, Y. Yu, M. Z. Shi, Z. Guo, Z. Xu, J. Wang, X. H. Chen, and Y. Zhang, Science 367, 895 (2020).
  12. 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).
  13. А. М. Шикин, Д. А. Естюнин, Д. А. Глазкова, С. О. Фильнов, И. И. Климовских, Письма в ЖЭТФ 115, 241 (2022).
  14. 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).
  15. 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).
  16. 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).
  17. 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).
  18. I. I. Klimovskikh, M. M. Otrokov, D. Estyunin et al. (Collaboration), npj Quantum Mater. 5, 54 (2020).
  19. 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).
  20. S. H. Lee, Y. Zhu, Y. Wang et al. (Collaboration), Phys. Rev. Research 1, 012011 (2019).
  21. C. Lei, O. Heinonen, A. H. MacDonald, and R. J. McQueeney, Phys. Rev. Mater. 5, 064201 (2021).
  22. 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).
  23. 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).
  24. 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).
  25. 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).
  26. R. S. K. Mong, A. M. Essin, and J. E. Moore, Phys. Rev. B 81, 245209 (2010).
  27. D. Zhang, M. Shi, T. Zhu, D. Xing, H. Zhang, and J. Wang, Phys. Rev. Lett. 122, 206401 (2019).
  28. 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).
  29. P. M. Sass, J. Kim, D. Vanderbilt, J. Yan, and W. Wu, Phys. Rev. Lett. 125, 037201 (2020).
  30. I. P.Rusinov, V. N. Men'shov, and E. V. Chulkov, Phys. Rev. B 104, 035411 (2021).
  31. В. Н. Меньшов, И. П. Русинов, Е. В. Чулков, Письма в ЖЭТФ 114, 768 (2021)
  32. V. N. Men'shov, I. P.Rusinov, and E. V. Chulkov, JETP Lett. 114, 699 (2021).
  33. C.-X. Liu, X.-L. Qi, H. J. Zhang, X. Dai, Z. Fang, and S.-C. Zhang, Phys. Rev. B 82, 045122 (2010).
  34. D. Zhang, M. Shi, T. Zhu, D. Xing, H. Zhang, and J. Wang, Phys. Rev. Lett. 122, 206401 (2019).
  35. В. Н. Меньшов, В. В. Тугушев, Е. В. Чулков, Письма в ЖЭТФ 104, 480 (2016)
  36. V. N. Men'shov, V. V. Tugushev, and E. V. Chulkov, JETP Lett. 104, 453 (2016).
  37. V. N. Men'shov, I. A. Shvets, V. V. Tugushev, and E. V. Chulkov, Phys. Rev. B 96, 075302 (2017).
  38. В. Н. Меньшов, И. А. Швец, Е. В. Чулков, Письма в ЖЭТФ 110, 777 (2019)
  39. V. N. Men'shov, I. A. Shvets, and E. V. Chulkov, JETP Lett. 110, 771 (2019).
  40. V. N. Men'shov, I. A. Shvets, and E. V. Chulkov, Phys. Rev. B 106, 205301 (2022).
  41. P. Swatek, Y. Wu, L.-L. Wang, K. Lee, B. Schrunk, J. Yan, and A. Kaminski, Phys. Rev. B 101, 161109(R) (2020).
  42. 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).
  43. Y.-H. Li and R. Cheng, Phys. Rev. Research 4, L022067 (2022).
  44. H.-Z. Lu, W.-Y. Shan, W. Yao, Q. Niu, and S.-Q. Shen, Phys. Rev. B 81, 115407 (2010).
  45. R. Takahashi, Topological States on Interfaces Protected by Symmetry, Springer, Tokyo, Japan (2015).
  46. B. A. Bernevig, T. L. Hughes, and S.-C. Zhang, Science 314(5806), 1757 (2006).
  47. X. L. Qi and S. C. Zhang, Rev. Mod. Phys. 83, 1057 (2011).
  48. D. R. Candido, M. Kharitonov, J. C. Egues, and E. M. Hankiewicz, Phys. Rev. B 98, 161111(R) (2018).
  49. K. Yasuda, M. Mogi, R. Yoshimi, A. Tsukazaki, K. S. Takahashi, M. Kawasaki, F. Kagawa, and Y. Tokura, Science 358, 1311 (2017).
  50. V. N. Men'shov, I. A. Shvets, and E. V. Chulkov, Phys. Rev. B 99, 115301 (2019).
  51. J. G. Checkelsky, J. Ye, Y. Onose, Y. Iwasa, and Y. Tokura, Nat. Phys. 8, 729 (2012).
  52. 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.
  53. A. A. Zyuzin, M. D. Hook, and A. A. Burkov, Phys. Rev. B 83, 245428 (2011).
  54. 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).

© Российская академия наук, 2023

Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах