Mn$_3$Si$_2$Te$_6$ 中的电子结构、磁性质、自旋取向与掺杂效应
强关联电子
2023-02-23 v2
摘要
层状材料 MnSiTe 具有交替堆叠的蜂窝层与三角层，因其丰富的物理性质正受到相当关注。此处，我们使用密度泛函理论和经典蒙特卡洛（MC）方法系统研究该系统。在费米能级附近，态主要由与 Mn 轨道杂化的 Te 轨道贡献，类似于电荷转移系统。此外，铁磁序（FiM）基态的自旋取向沿 平面或面外方向时表现出不同的导电行为：绝缘态与金属态。FiM [110] 绝缘相与 FiM [001] 金属相之间的能量差非常小（ meV/Mn）。将自旋取向角 从面内转到面外方向时，该系统的带隙逐渐减小，导致绝缘体-金属转变，从而引起电导率增强，这与巨角磁电阻（MR）效应相关。此外，我们还利用经典 自旋模型通过 MC 方法构建了磁相图。获得了三种磁相，包括反铁磁序、非共线自旋图案和 FiM 序。而且，我们还研究了 Se 和 Ge 掺杂进入 MnSiTe 体系：对于 Se 或 Ge 掺杂情形，FiM 态在磁性候选态中均具有最低能量。Se 掺杂情况下磁各向异性能量（MAE）降低，因为随着掺杂 增大，Mn 轨道磁矩减小。由于 Se 的自旋轨道耦合效应小，由自旋取向引起的绝缘体-金属转变在 Se 掺杂情形下消失，导致 FiM [001] 相中为绝缘相。这造成了减小的巨角 MR。
引用
@article{arxiv.2211.13321,
title = {Electronic structure, magnetic properties, spin orientation, and doping effect in Mn$_3$Si$_2$Te$_6$},
author = {Yang Zhang and Ling-Fang Lin and Adriana Moreo and Elbio Dagotto},
journal= {arXiv preprint arXiv:2211.13321},
year = {2023}
}
备注
12 pages 13 figures