MnBi$_2$Te$_4$(0001) 中的本征点缺陷及其对狄拉克点能隙的影响
材料科学
2021-09-06 v1
摘要
反铁磁拓扑绝缘体 MnBiTe 表面的狄拉克点能隙是一个备受争议的问题。早期的角分辨光电子能谱测量报道了与理论预测一致的大能隙，而其他实验则发现 MnBiTe 狄拉克锥的分裂小到可忽略。在此，我们利用扫描隧道显微镜/谱学（STM/S）、微（）-激光角分辨光电子能谱（ARPES）和密度泛函理论（DFT）计算研究了 MnBiTe(0001) 的晶体与电子结构。我们的 STM 形貌图像清晰揭示了表面 Te 层与次表面 Bi 层中点缺陷对应的特征，借助 STM 模拟我们将其分别鉴定为 Bi 反位缺陷（Te 位上的 Bi 原子）和 Mn 替代缺陷（Bi 位上的 Mn 原子）。X 射线衍射（XRD）实验进一步证明了阳离子（Mn-Bi）混排的存在。总之，这影响了 Mn 原子的分布，不可避免地导致 MnBiTe 的磁结构偏离理想晶体结构下的预测。我们的输运测量表明，这种偏离程度因样品而异。一致地，ARPES/STS 实验揭示拓扑表面态的狄拉克点能隙在不同样品/样品解理面间存在差异。我们的 DFT 表面电子结构计算表明，由于拓扑表面态主要局域在 Bi 层附近，鉴于最近证明的 Mn 磁矩相对于 Mn 层磁矩的反平行排列，Mn 缺陷可强烈减小 MnBiTe 的狄拉克点能隙。我们的结果为解开 MnBiTe 狄拉克点能隙之谜提供了关键。
引用
@article{arxiv.2109.01615,
title = {Native point defects and their implications for the Dirac point gap at MnBi$_2$Te$_4$(0001)},
author = {M. Garnica and M. M. Otrokov and P. Casado Aguilar and I. I. Klimovskikh and D. Estyunin and Z. S. Aliev and I. R. Amiraslanov and N. A. Abdullayev and V. N. Zverev and M. B. Babanly and N. T. Mamedov and A. M. Shikin and A. Arnau and A. L. Vázquez de Parga and E. V. Chulkov and R. Miranda},
journal= {arXiv preprint arXiv:2109.01615},
year = {2021}
}