Magnitnye topologicheskie splavy na osnove dirakovskogo polumetalla Cd3As2: legirovanie atomami Cr, Mn i Fe

Cover Page

Cite item

Full Text

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

Abstract

Согласно теоретическим моделям, внесение в дираковский полуметалл магнитных атомов расщепляет конус Дирака на два конуса Вейля, формируя тем самым магнитный вейлевский полуметалл, привлекательный для приложений. В настоящей работе этот процесс исследуется ab initio, на примере легирования дираковского полуметалла Cd3As2 атомами Cr, Mn и Fe. Для случаев ферромагнитного и антиферромагнитного упорядочения спинов в сплавах (Cd1−xMx)3As2,(M=Cr, Mn, Fe) рассчитываются зонная структура, поверхность Ферми, скорость электронов на уровне Ферми и плазменная частота Друде, а также оценивается время релаксации при температуре T → 0K. Из расчетов следует, что в ферромагнитных сплавах один конус Вейля, как правило, разрушается за счет гибридизации электронных состояний Cd3As2 с 3d-орбиталями атомов M.Условием сохранения второго конуса Вейля является его попадание в энергетическое окно, свободное от 3d-состояний атомов M. Существование таких окон тесно связано с энергией и заполнением 3d↑и 3d↓-зон атомов M, типом спинового упорядочения (ферроили антиферромагнитного) и химическим составом сплава. В частности, окна отсутствуют в антиферромагнитных сплавах, за исключением случая M=Mn. Оценки показывают, что конус Вейля, если он сохраняется, доминирует в транспортных свойствах (Cd1−xMx)3As2, что согласуется с результатами экспериментов.

References

  1. N. P. Armitage, E. J. Mele, and A. Vishvanath, Rev. Mod. Phys. 90, 015001 (2018).
  2. B. Q. Lv, T. Qian, and H. Ding, Rev. Mod. Phys. 93, 025002 (2021).
  3. A. A. Burkov, Nat. Mater. 15, 1145 (2016).
  4. A.-Q. Wang, X.-G. Ye, D.-P. Yu, Z. M. Liao, ACS Nano 14, 3755 (2020).
  5. S. Wang, B. C. Lin, A.Q. Wang, D. P. Yu, and Z. M. Liao, Adv. Phys.: X 2, 518 (2017).
  6. P. Liu, J. R. Williams, and J. J. Cha, Nat. Rev. Mater. 4, 479 (2019)
  7. L. X. Wang, C. Z. Li, D. P. Yu, and Z. M. Liao, Nat. Commun. 7, 10769 (2016).
  8. W. Yu, W. Pan, D. L. Medlin, M. A. Rodriguez, S. R. Lee, Z. Q. Bao, and F. Zhang, Phys. Rev. Lett. 120, 177704 (2018).
  9. L. P. He, X. C. Hong, J. K. Dong, J. Pan, Z. Zhang, J. Zhang, and S. Y. Li, Phys. Rev. Lett. 113, 246402 (2014).
  10. B. Bernevig, C. Felser, and H. Beidenkopf, Nature 603, 41 (2022).
  11. M.-X. Deng, W.Luo, R.-Q. Wang, L. Sheng, and D. Y. Xing, Phys. Rev. B 96, 155141 (2017).
  12. M. N. Ali, Q. Gibson, S. Jeon, B. B. Zhou, A. Yazdani, and R. J. Cava, Inorg. Chem. 53, 4062 (2014).
  13. M. Neupane, S.-Y. Xu, R. Sankar, N. Alidoust, G. Bian, C. Liu, I. Belopolski, H. Lin, A. Bansil, F. Chou, M. Z. Hasan, T.-R. Chang, and H.-T. Jeng, Nat. Commun. 5, 3786 (2014).
  14. Z. K. Liu, J. Jiang, B. Zhou, Z. J. Wang, Y. Zhang, H.M. Weng, D. Prabhakaran, S.-K. Mo, H. Peng, P. Dudin, T. Kim, M. Hoesch, Z. Fang, X. Dai, Z. X. Shen, D. L. Feng, Z. Hussain, and Y. L. Chen, Nat. Mater. 13, 677 (2014).
  15. L. Liang, Q. Gibson, M. Ali, M. Liu, R. Cava, and N. Ong, Nat. Mater. 14, 280 (2015).
  16. Z. Wang, H. Weng, Q. Wu, X. Dai, and Z. Fang, Phys. Rev. B 88, 125427 (2013).
  17. H. Wang, H. Wang, H. Liu, H. Lu, W. Yang, S. Jia, X.-J. Liu, X. C. Xie, J. Wei, and J. Wang, Nat. Mater. 15,38 (2015).
  18. W. Lu, S. F. Ge, X. F. Liu, H. Lu, C. Z. Li, J. W. Lai, C. A. Zhao, Z. M. Liao, S. Jia, and D. Sun, Phys. Rev. B 95, 024303 (2017).
  19. Q. Wang, C.-Z. Li, S. Ge, J.-G. Li, W. Lu, J. Lai, X. Liu, J. Ma, D.-P. Yu, Z.-M. Liao, and D. Sun, Nano Lett. 17, 834 (2017).
  20. X. Yuan, P. Cheng, L. Zhang, C. Zhang, J. Wang, Q. Sun, P. Zhou, D. W. Zhang, Z. Hu, X. Wan, H. Yan, Z. Li, F. Xiu, and Y. Liu, Nano Lett. 17, 2211 (2017).
  21. Y. Liu, R. Tiwari, A.Narayan, Z. Jin, X. Yuan, C. Zhang, F. Chen, L. Li, Z. Xia, S. Sanvito, P. Zhou, and F. Xiu, Phys. Rev. B 97, 085303 (2018).
  22. Ю. В. Горюнов, А. Н. Натепров, ФТТ 65, 367 (2023).
  23. H. Wang, J. Ma, Q. Wei, and J. Zhao, J. Semicond. 41, 072903 (2020).
  24. L. N. Oveshnikov, A. I. Ril’, A. B. Mekhiya, A. B. Davydov, S. F. Marenkin, and B. A. Aronzon, Eur. Phys. J. Plus 137, 374.(2022).
  25. E. T. Kulatov, Yu. A. Uspenskii, L. N. Oveshnikov, A. B. Mekhiya, A. B. Davydov, A. I. Ril’, S. F. Marenkin, and B. A. Aronzon, Acta Mater. 219, 117249 (2021).
  26. R. Xiao, J. T. Held, J. Rable, S. Ghosh, K. Wang, K. A. Mkhoyan, and N. Samarth, Phys. Rev. Mater. 6, 024203 (2022).
  27. Ю. В. Горюнов, А. Н. Натепров, ФТТ 60, 69 (2018).
  28. E. Arushanov, A. N. Nateprov, G. Cywinski, and W. Knap, AIP Advances 15, 015329 (2025).
  29. В. С. Захвалинский, А. В. Борисенко, А.В. Маширов, А. В. Кочура, М. Н. Япрынцев, Журнал радиоэлектроники 2, 1 (2025).
  30. H. Jin, Y. Dai, Y.-D. Ma, X.-R. Li, W. Wei, L. Yua, and B.-B. Huang, J. Mater.Chem. C 3, 3547 (2015).
  31. E. T. Kulatov, Yu. A. Uspenskii, and K. I. Kugel, J. Phys. Chem. Solids 194, 112215 (2024).
  32. N. M. Shchelkachev and V. G. Yarzhemsky, Inorg. Mater. 54, 1093 (2018).
  33. Э. Т. Кулатов, Ю. А. Успенский, ДАН 512, 24 (2023).
  34. G. Kresse and J. Furthmuller, Phys. Rev. B 54, 11169 (1996).
  35. P. Blaha, K. Schwarz, F. Tran, R. Laskowski, G. K. H. Madsen, and L. D. Marks, J. Chem. Phys. 152, 074101 (2020).
  36. P. Perdew, K. Burke, and M. Ernzerhof, Phys. Rev. Lett. 77, 3865 (1996).
  37. P. B. Allen, Phys. Rev. B 17, 3725 (1978).
  38. E. G. Maksimov, I. I. Mazin, S. N. Rashkeev, and Yu. A. Uspenskii, J. Phys. F 18, 833 (1988).
  39. C. Ambrosch-Draxl and J. O. Sofo, Comput. Phys. Commun. 175, 1 (2006).
  40. C. Zener, Phys. Rev. 82, 403 (1951).
  41. P. W. Anderson and H. Hasegawa, Phys. Rev. 100, 675 (1955).
  42. H. A. Kramers, Physica 1,182 (1934).
  43. P. W. Anderson, Phys. Rev. 79, 350 (1950).
  44. A. I. Ril’, L. N. Oveshnikov, A. V. Ovcharov, and S. F. Marenkin, Vacuum 230, 113692 (2024).
  45. C. J. M. Denissen, H. Nishihara, J. C. van Gool, and J. M. de Jonge, Phys. Rev. B 33, 7637 (1986).
  46. Z. Celinski, A. Burlan, B. Rzepa, and W. Zdanowicz, Mat. Res Bull. 22, 419 (1987).
  47. J. Guo, X. Zhao, N. Sunc, X. Xiao, W. Liu, and Z. Zhang, J. Mater. Sci. Technol. 76, 247 (2021).

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 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».