Связанные состояния короткодействующего дефекта на поверхности собственного антиферромагнитного топологического изолятора в неколлинеарной фазе

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

В данной работе теоретически исследуются особенности электронных состояний на поверхности собственного антиферромагнитного топологического изолятора, содержащего дефекты. Наш подход учитывает роль электростатического потенциала и вариацию ориентации магнитных моментов в приповерхностных слоях. Описано изменение спектральных характеристик поверхностных состояний при трансформации намагниченности из равновесной антиферромагнитной фазы А-типа в ферромагнитную фазу через неколлинеарную текстуру. Показано, что в антиферромагнитном топологическом изоляторе с одноосной анизотропией, внешнее магнитное поле, приложенное вдоль легкой оси, может вызвать значительную модуляцию величины обменной щели в спектре поверхностных состояний и даже инвертировать ее знак. Моделируя влияние уединенного дефекта как возмущение поверхностного потенциала на конечном масштабе, мы аналитически исследуем формирование связанного состояния и его поведение в зависимости от силы потенциального и обменного рассеяния на дефекте и ширины обменной щели. Продемонстрировано, что энергетический уровень связанного состояния испытывает резкий сдвиг в окрестности спин-флоп перехода. Полученные теоретические результаты позволяют дать последовательное объяснение недавних экспериментальных данных по сканирующей туннельной спектроскопии антиузельных дефектов на поверхности прототипного антиферромагнитного топологического изолятора MnBi2Te4 во внешнем магнитном поле.

Об авторах

В. Н. Меньшов

Национальный исследовательский центр “Курчатовский институт”;Санкт-Петербургский государственный университет

Email: vnmenshov@mail.ru
123182, Москва, Россия; 198504, Санкт-Петербург, Россия

Е. В. Чулков

Санкт-Петербургский государственный университет;Universidad del Pais Vasco UPV/EHU

Автор, ответственный за переписку.
Email: vnmenshov@mail.ru
198504, Санкт-Петербург, Россия; 20080, Сан-Себастьян/Доностия, Страна Басков, Испания

Список литературы

  1. M. M. Otrokov, I. I. Klimovskikh, H. Bentmann et al. (Collaboration), Nature 576, 416 (2019).
  2. Y. Tokura, K. Yasuda, and A. Tsukazaki, Nat. Rev. Phys. 1, 126 (2019).
  3. B. A. Bernevig, C. Felser, and H. Beidenkopf, Nature 603, 41 (2022).
  4. C.-Z. Chang, Ch.-X. Liu, and A. H. MacDonald, Rev. Mod. Phys. 95, 011002 (2023).
  5. H. Chi and J. S. Moodera, APL Mater. 10, 090903 (2022).
  6. A. Sekine and K. Nomura, J. Appl. Phys. 129, 141101 (2021).
  7. Y. Wang, F. Zhang, M. Zeng et al. (Collaboration), Front. Phys. 18, 21304 (2023).
  8. R. S. K. Mong, A. M. Essin, and J. E. Moore, Phys. Rev. B 81, 245209 (2010).
  9. 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).
  10. 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).
  11. A. M. Shikin, D. A. Estyunin, N. L. Zaitsev et al. (Collaboration), Phys. Rev. B 104, 115168 (2021).
  12. A. M. Shikin, D. A. Estyunin, I. I. Klimovskikh et al. (Collaboration), Sci. Rep. 10, 13226 (2020).
  13. А. М. Шикин, Д. А. Естюнин, Д. А. Глазкова, С. О. Фильнов, И. И. Климовских, Письма в ЖЭТФ 115, 241 (2022).
  14. Y.-J. Hao, P. Liu, Y. Feng et al. (Collaboration), Phys. Rev. X 9, 041038 (2019).
  15. H. Li, S.-Y. Gao, S.-F. Duan et al. (Collaboration), Phys. Rev. X 9, 041039 (2019).
  16. Y. Chen, L. Xu, J. Li et al. (Collaboration), Phys. Rev. X 9, 041040 (2019).
  17. P. Swatek, Y. Wu, L.-L. Wang, K. Lee, B. Schrunk, J. Yan, and A. Kaminski, Phys. Rev. B 101, 161109(R) (2020).
  18. D. Nevola, H. X. Li, J.-Q. Yan, R. G. Moore, H.-N. Lee, H. Miao, and P. D. Johnson, Phys. Rev. Lett. 125, 117205 (2020).
  19. M. Garnica, M. M. Otrokov, P. C. Aguilar et al. (Collaboration), npj Quantum Mater. 7, 7 (2022).
  20. V. N. Men'shov, I. A. Shvets, and E. V. Chulkov, Phys. Rev. B 106, 205301 (2022).
  21. Z. Huang, M.-H. Du, J. Yan, and W. Wu, Phys. Rev. Materials 4, 121202 (2020).
  22. X. Wu, C.Ruan, P. Tang, F. Kang, W. Duan, and J. Li, Nano Lett. 23, 5048 (2023).
  23. A. Zeugner, F. Nietschke, A. U. Wolter et al. (Collaboration), Chem. Mater. 31, 2795 (2019).
  24. M. Liu, C. Lei, H. Kim, Y. Li, L. Frammolino, J. Yan, A. H. Macdonald, and C.-K. Shih, Proc. Natl. Acad. Sci. 119, e2207681119 (2022).
  25. P. M. Sass, J. Kim, D. Vanderbilt, J. Yan, and W. Wu, Phys. Rev. Lett. 125, 037201 (2020).
  26. Y. Deng, Y. Yu, M. Z. Shi, Z. Guo, Z. Xu, J. Wang, X. H. Chen, and Y. Zhang, Science 367, 895 (2020).
  27. S. H. Lee, Y. Zhu, Y. Wang et al. (Collaboration), Phys. Rev. Research 1, 012011 (2019).
  28. C. Lei, O. Heinonen, A. H. MacDonald, and R. J. McQueeney, Phys. Rev. Materials 5, 064201 (2021).
  29. 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).
  30. 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).
  31. M. P. Andersen, E. Mikheev, I. T. Rosen, L. Tai, P. Zhang, K. L. Wang, M. A. Kastner, and D. Goldhaber-Gordon, arXiv:2308.01183v1.
  32. G. Qian, M. Shi, H. Chen, S. Zhu, J. Hu, Z. Huang, Y. Huang, X.-H. Chen, and H.-J. Gao, Nano Res. 16, 1101 (2023).
  33. I. P.Rusinov, V. N. Men'shov, and E. V. Chulkov, Phys. Rev. B 104, 035411 (2021).
  34. 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).
  35. В. Н. Меньшов, И. П. Русинов, Е. В. Чулков, Письма в ЖЭТФ 114, 768 (2021)
  36. V. N. Men'shov, I. P.Rusinov, and E. V. Chulkov, JETP Lett. 114, 699 (2021).
  37. В. Н. Меньшов, Е. В. Чулков, Письма в ЖЭТФ 117, 147 (2023)
  38. V. N. Men'shov and E. V. Chulkov, JETP Lett. 117, 147 (2023).
  39. C.-X. Liu, X.-L. Qi, H. J. Zhang, X. Dai, Z. Fang, S.-C. Zhang, Phys. Rev. B 82, 045122 (2010).
  40. V. N. Men'shov, I. A. Shvets, V. V. Tugushev, and E. V. Chulkov, Phys. Rev. B 96, 075302 (2017).
  41. В. Н. Меньшов, И. А. Швец, Е. В. Чулков, Письма в ЖЭТФ 110, 777 (2019)
  42. V. N. Men'shov, I. A. Shvets, and E. V. Chulkov, JETP Lett. 110, 771 (2019).
  43. 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).
  44. 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).
  45. Y. Zhang, K. Deng, X. Zhang, M. Wang, Y. Wang, C. Liu, J.-W. Mei, S. Kumar, E. F. Schwier, K. Shimada, C. Chen, and B. Shen, Phys. Rev. B 101, 205126 (2020).
  46. Y. Lai, L. Ke, J. Yan, R. D. McDonald, and R. J. McQueeney, Phys. Rev. B 103, 184429 (2021).
  47. J. Lu, W.-Y. Shan, H.-Z. Lu, and S.-Q. Shen, New J. Phys. 13, 103016 (2011).
  48. V. A. Sablikov and A. A. Sukhanov, Phys. Status Solidi RRL 8, 853 (2014).
  49. Справочник по специальным функциям, под ред. М. Абрамовица, И. Стиган, Наука, М. (1979).

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2023

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).