通过铕掺杂在 Bi$_2$Se$_3$ 拓扑绝缘体表面态中引入反铁磁有序
材料科学
2024-09-02 v1
摘要
拓扑绝缘体（TI）是一类体相绝缘并具有带隙能带结构的材料，同时具有无带隙的金属表面态，在动量空间中呈现带有螺旋自旋结构的狄拉克锥。表面态的螺旋自旋-动量锁定源于内禀自旋-轨道耦合（SOC），并为表面态提供了抵御来自缺陷和非磁性杂质等外部微扰散射的拓扑保护。破坏拓扑绝缘体表面态的拓扑保护是探索其应用的重要前提。稀土离子通常比过渡金属离子表现出更大的磁矩，因此有望在拓扑绝缘体的狄拉克表面态中打开更宽的交换能隙。BiSe 是一种有趣的材料；一方面，当其为薄片时具有半导体特性；另一方面，当结构至少具有六个五重层（QL）时，它是一种拓扑绝缘体，在光热、热电和光学性质方面具有多种应用。在此，我们开发了一种低温且具有成本效益的受控胶体合成工艺，用于合成未掺杂和 Eu 掺杂的二维层状 BiSe 纳米片。扫描隧道光谱测量表明，狄拉克点位置的偏移与掺杂剂含量之间存在相关性，这已通过能带结构计算在理论上得到证实。在低于 10K 的低温下，对于 10% Eu 掺杂的样品，磁学数据表明样品中存在反铁磁有序，这可能是铕的混合价态贡献所致。我们的结果支持在稀土 Eu 掺杂的 BiSe 中拓扑表面态可以存在反铁磁交换相互作用，这可以为新的量子现象打开一扇新窗口。
引用
@article{arxiv.2408.17338,
title = {Introducing antiferromagnetic ordering on the surface states of Bi2Se3 topological insulator by Europium doping},
author = {Sumana Paul and Moumita Das and Sujoy Datta and Raja Chakraborty and Prabhat Mandal and P. K. Giri},
journal= {arXiv preprint arXiv:2408.17338},
year = {2024}
}