首个反铁磁拓扑绝缘体的预测与观测
材料科学
2025-01-22 v2
摘要
磁性拓扑绝缘体（MTIs）是兼具非平凡能带拓扑与磁有序的窄带隙半导体材料。与其非磁性对应物不同，MTIs 可能因时间反演对称性破缺而令部分表面产生带隙，从而实现若干具有自旋电子学潜在应用的奇异现象。迄今，MTIs 仅通过以 3d 过渡金属元素掺杂非磁性 TIs 来制备，然而该方法导致这些材料的磁性与电子性质高度不均匀，将重要效应的观测限制于极低温。寻找本征 MTI，即化学计量比良好有序的磁性化合物，可能是这些问题的理想解决方案，但迄今未观测到此类材料。在此，利用密度泛函理论，我们预测并通过结构、输运、磁性、角分辨与自旋分辨光电子能谱测量进一步确认了反铁磁（AFM）TI 相的实现，该相由范德瓦耳斯层状化合物 MnBiTe 承载。层间 AFM 排序使 MnBiTe 关于时间反演（）与原胞晶格平移（）对称性之组合 不变，从而给出 AFM 绝缘体的 拓扑分类。我们发现 MnBiTe 的 ，证实其拓扑非平凡性质。MnBiTe 的 破缺（0001）表面在拓扑表面态中呈现巨大带隙，这由第一性原理计算与光电子能谱测量所证实。这些结果终结了自 2010 年预测以来近十年的 AFMTI 探寻。此外，MnBiTe 是首个实验实现的本征磁性 TI。
引用
@article{arxiv.1809.07389,
title = {Prediction and observation of the first antiferromagnetic topological insulator},
author = {Mikhail M. Otrokov and Ilya I. Klimovskikh and Hendrik Bentmann and Dmitry Estyunin and Alexander Zeugner and Ziya S. Aliev and Sebastian Gass and Anja U. B. Wolter and Alexandra V. Koroleva and Alexander M. Shikin and María Blanco-Rey and Martin Hoffmann and Igor P. Rusinov and Alexandra Yu. Vyazovskaya and Sergey V. Eremeev and Yury M. Koroteev and V. M. Kuznetsov and F. Freyse and J. Sánchez-Barriga and Imamaddin R. Amiraslanov and Mahammad B. Babanly and Nazim T. Mamedov and Nadir A. Abdullayev and Vladimir N. Zverev and Alexey Alfonsov and Vladislav Kataev and Bernd Büchner and Eike F. Schwier and Shiv Kumar and Akio Kimura and Luca Petaccia and Giovanni Di Santo and Raphael C. Vidal and Sonja Schatz and Katharina Kißner and M. Ünzelmann and Chul-Hee Min and Simon K. Moser and Thiago R. F. Peixoto and Friedrich Reinert and Arthur Ernst and Pedro M. Echenique and Anna Isaeva and Evgueni V. Chulkov},
journal= {arXiv preprint arXiv:1809.07389},
year = {2025}
}