低浓度Sb掺杂获得铁磁性MnBi4Te7：探索拓扑量子态的理想平台

在$MnBi_2Te_4(Bi_2Te_3)_m$（m = 0, 1, 2, 3）中，磁相、化学势和结构的调控对于观测多样的奇异拓扑量子态至关重要。本文中，我们通过调节生长条件和Sb浓度，在$Mn(Bi_{1-x}Sb_x)_4Te_7$中获得了具有手性晶体结构的铁磁（FM）相。与先前报道的仅在高位Sb掺杂水平下出现FM转变的$Mn(Bi_{1-x}Sb_x)_4Te_7$不同，我们的样品在15%–27%掺杂水平下即显示FM转变（$T_C$ = 13.5 K）。此外，单晶X射线衍射结构精修发现，Sb掺杂导致手性结构，空间群为P3，而母化合物$MnBi_4Te_7$为中心对称的P-3m1晶体结构。通过ARPES测量，我们还证明了非平庸能带拓扑在Sb掺杂FM样品中得以保持。鉴于该系统的非平庸能带拓扑在低Sb掺杂水平下保持稳健，我们在$x$ = 0.15、0.175、0.2和0.27时成功制备FM $Mn(Bi_{1-x}Sb_x)_4Te_7$，为实现轴子绝缘体和Weyl半金属等理论预测的拓扑量子态铺平了道路。此外，我们在反铁磁性$MnBi_4Te_7$和FM $Mn(Bi_{1-x}Sb_x)_4Te_7$样品中均观察到磁玻璃行为，我们认为其源于与长程AFM/FM序共存的团簇自旋玻璃相。我们还讨论了反位Mn离子如何影响层间磁耦合，以及FM层间耦合如何在该系统中稳定。