ELECTRONIC AND MAGNETIC PROPERTIES OF ALLOYS BASED ON THE DIRAC SEMIMETAL Cd 3 As 2  DOPED BY Mn ATOMS WITH THE VARIABLE CONCENTRATIONS

E. T. Kulatov; Кулатов Э. Т.; Yu. A. Uspenskii; Успенский Ю. А.

doi:10.31857/S2686740023050061

ЭЛЕКТРОННЫЕ И МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА СПЛАВОВ НА ОСНОВЕ ДИРАКОВСКОГО ПОЛУМЕТАЛЛА Cd₃As₂, ЛЕГИРОВАННОГО АТОМАМИ Mn C ВАРЬИРУЕМОЙ КОНЦЕНТРАЦИЕЙ

Авторы: Кулатов Э.Т.¹^,2, Успенский Ю.А.²
Учреждения:
1. Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук
2. Физический институт им. П.Н. Лебедева Российской академии наук
Выпуск: Том 512, № 1 (2023)
Страницы: 24-31
Раздел: ФИЗИКА
URL: https://journals.rcsi.science/2686-7400/article/view/232961
DOI: https://doi.org/10.31857/S2686740023050061
EDN: https://elibrary.ru/OVJMRW
ID: 232961

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ
Доступ закрыт

Доступ предоставлен
Доступ закрыт

Только для подписчиков

Аннотация
Об авторах
Список литературы
Дополнительные файлы
Статистика

Аннотация

Теоретические исследования предсказывают, что слабое магнитное легирование дираковских полуметаллов ведет к появлению в них необычных квантовых состояний и свойств: состояния вейлевского полуметалла, аксионного изолятора, топологического сверхпроводника и т.д. Однако конкретные материалы, в которых эти явления могут наблюдаться, а также характерные концентрации магнитных атомов остаются пока неизвестными. В настоящей работе выполнено первопринципное исследование электронных и магнитных свойств дираковских полуметаллов Cd₃As₂, изоэлектронно легированного атомами Mn с концентрациями 4, 6 и 8%. При анализе результатов основное внимание уделено нарушению пространственной и временной симметрии в сплавах, поведению электронного спектра вблизи вершины дираковского конуса, процессам спинового упорядочения в атомах Mn. Полученные результаты сопоставлены с ранними теоретическими и экспериментальными исследованиями, на их основе дана развернутая картина влияния изоэлектронного магнитного легирования на свойства дираковских полуметаллов Cd₃As₂.

Ключевые слова

полуметаллы Дирака, спинтроника, топотроника, электронная структура

Об авторах

Э. Т. Кулатов

Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук; Физический институт им. П.Н. Лебедева
Российской академии наук

Автор, ответственный за переписку.
Email: kulatov@nsc.gpi.ru
Россия, Москва; Россия, Москва

Ю. А. Успенский

Физический институт им. П.Н. Лебедева
Российской академии наук

Автор, ответственный за переписку.
Email: uspenski@td.lpi.ru
Россия, Москва

Список литературы

Armitage N.P., Mele E.J., Vishvanath A. Weyl and Dirac semimetals in three-dimensional solids // Rev. Mod. Phys. 2018. V. 90. №. 1. P. 015001–015057.
Wang S., Lin B.C., Wang A.Q., Yu D.P., Liao Z.M. Quantum Transport in Dirac and Weyl Semimetals: A Review // Adv. Phys.: X. 2017. V. 2. P. 518–544.
Burkov A.A. Topological Semimetal // Nat. Mater. 2016. V. 15. P. 1145–1148.
Wang A.-Q., Ye X.-G., Yu D.-P., Liao Z.M. Topological semimetal nanostructures: from properties to topotronics // ACS Nano. 2020. V. 14. P. 3755–3778.
Liu P., Williams J.R., Cha J.J. Topological Nanomaterials // Nat. Rev. Mater. 2019. V. 4. P. 479–496.
Wang L.X., Li C.Z., Yu D.P., Liao Z.M. Aharonov-Bohm Oscillations in Dirac Semimetal Cd3As2 Nanowires // Nat. Commun. 2016. V. 7. P. 10769–10775.
Yu W., Pan W., Medlin D.L., Rodriguez M.A., Lee S.R., Bao Z.Q., Zhang F. π and 4π Josephson Effects Mediated by a Dirac Semimetal // Phys. Rev. Lett. 2018. V. 120. P. 177704–177709.
Ali M.N., Gibson Q., Jeon S., Zhou B.B., Yazdani A., Cava R.J. The crystal and electronic structures of Cd3As2, the three-dimensional electronic analogue of graphene // Inorg. Chem. 2014. V. 53. P. 4062–4067.
He L.P., Hong X.C., Dong J.K., Pan J., Zhang Z., Zhang J., Li S.Y. Quantum transport evidence for the three-dimensional Dirac semimetal phase in Cd3As2 // Phys. Rev. Lett. 2014. V. 113. P. 246402–246406.
Neupane M., Xu S.-Y., Sankar R., Alidoust N., Bian G., Liu C., Belopolski I., Lin H., Bansil A., Chou F., Hasan M.Z., Chang T.-R., Jeng H.-T. Observation of a three-dimensional topological Dirac semimetal phase in high-mobility Cd3As2 // Nat. Commun. 2014. V. 5. P. 3786–3793.
Liu Z.K., Jiang J., Zhou B., Wang Z.J., Zhang Y., Weng H.M. et al. A stable three-dimensional topological Dirac semimetal Cd3As2 // Nat. Mater. 2014. V. 13. P. 677–681.
Jeon S., Zhou B.B., Gyenis A., Feldman B.E., Kimchi I., Potter A.C., Gibson Q.D, Cava R.J. Landau quantization and quasiparticle interference in the three-dimensional Dirac semimetal Cd3As2 // Nat. Mater. 2014. V. 13. P. 851–856.
Wang Z., Weng H., Wu Q., Dai X., Fang Z. Three-dimensional Dirac semimetal and quantum transport in Cd3As2 // Phys. Rev. B. 2013. V. 88. P. 125427–125432.
Kulatov E.T., Uspenskii Yu.A., Oveshnikov L.N., Mekhiya A.B., Davydov A.B., Ril’ A.I., Marenkin S.F., Aronzon B.A. Electronic, magnetic and magnetotransport properties of Mn-doped Dirac semimetal Cd3As2 // Acta Materialia. 2021. V. 219. P. 117249–117258.
Akrap A., Hakl M., Tchoumakov S., Crassee I., Kuba J., Goerbig M.O. et al. Magneto-optical signature of massless Kane electrons in Cd3As2 // Phys. Rev. Lett. 2016. V. 117. P. 136401–136406.
Neubauer D., Carbotte J.P., Nateprov A.A., Löhle A., Dressel M., Pronin A.V. Interband optical conductivity of the [001]-oriented Dirac semimetal Cd3As2 // Phys. Rev. B. 2016. V. 93. P. 121202–121206.
Oveshnikov L.N., Davydov A.B., Suslov A.V., Ril’ A.I., Marenkin S.F., Vasiliev A.L., Aronzon B.A. Superconductivity and Shubnikov-de Haas effect in polycrystalline Cd3As2 thin films // Sci. Rep. 2020. V. 10. P. 4601–4607.
Kresse G., Furthmuller J. Efficient iterative schemes for ab initio total energy calculations using a plane-wave basis set // Phys. Rev. B. 1996. V. 54 (16). P. 11169–11186.
Perdew J.P., Burke K., Ernzerhof M. Generalized gradient approximation made simple // Phys. Rev. Lett. 1996. V. 77 (18). P. 3865–3868.
Wang V., Xu N., Liu J.C., Tang G., Geng W.T. VASPKIT: A User-Friendly Interface Facilitating High-Throughput Computing and Analysis Using VASP Code // Computer Physics Communications. 2021. V. 267. P. 108033–108051.
Kulatov E.T., Men’shov V.N., Tugushev V.V., Uspen-skii Yu.A. Electron and magnetic properties of three-dimensional magnetic topological insulators Bi2Se3:Cr and Bi2Se3:Fe // Europhysics Letters. 2016. V. 115. P. 67004–67010.
Kulatov E.T., Men’shov V.N., Tugushev V.V., Uspen-skii Yu.A. Features of the electronic structure of the Bi2Se3 topological insulator digitally doped with 3d transition metals // JETP Letters. 2019. V. 109. P. 102–108.