Mn 掺杂 Bi$_2$Se$_3$ 拓扑绝缘体的磁性：第一性原理计算
材料科学
2020-02-26 v1 介观与纳米尺度物理
摘要
用磁性离子掺杂 BiSe 是一个有趣的问题，因为这可能破坏维持拓扑绝缘体特性所需的时间反演对称性。BiSe 中的 Mn 掺杂剂是此处研究最多的例子之一。然而，关于其磁有序仍存在大量开放问题。实验文献中针对可比 Mn 浓度报道了不同的居里温度或根本无铁磁有序，这表明磁有序现象复杂且高度易受不同生长参数影响，而这些参数已知会影响材料缺陷浓度。迄今为止理论聚焦于一种可能位置上的 Mn 掺杂剂，并忽略了弛豫效应以及本征缺陷。我们采用第一性原理方法计算了受磁性 Mn 掺杂剂影响的 BiSe 电子结构及其间的交换相互作用。我们考虑了两种可能的 Mn 位置：替代位与间隙位，以及本征缺陷。我们发现 Mn 周围原子存在显著弛豫，其强烈影响磁相互作用。令人惊讶的是，非常强的相互作用对应于被范德瓦耳斯间隙分隔的特定 Mn 原子位置。基于计算数据，我们进行了自旋动力学模拟，以系统考察不同缺陷含量下所导致的磁有序。我们发现了可重现实验测得的居里温度 的条件，并注意到间隙 Mn 原子在此似乎十分重要。我们的理论预测了 随费米能级移动的变化，这为通过选择性掺杂调控体系磁性开辟了途径。
引用
@article{arxiv.2001.04366,
title = {Magnetic properties of Mn-doped Bi$_2$Se$_3$ topological insulators: ab initio calculations},
author = {K. Carva and P. Baláž and J. Šebesta and I. Turek and J. Kudrnovský and F. Máca and V. Drchal and J. Chico and V. Sechovský and J. Honolka},
journal= {arXiv preprint arXiv:2001.04366},
year = {2020}
}