用于构筑磁性拓扑绝缘体的位点混合

Yaohua Liu; Lin-Lin Wang; Qiang Zheng; Zengle Huang; Xiaoping Wang; Miaofang Chi; Yan Wu; Bryan C. Chakoumakos; Michael A. McGuire; Brian C. Sales; Weida Wu; Jiaqiang Yan

doi:10.1103/PhysRevX.11.021033

用于构筑磁性拓扑绝缘体的位点混合

材料科学 2021-05-19 v2 量子物理

作者: Yaohua Liu , Lin-Lin Wang , Qiang Zheng , Zengle Huang , Xiaoping Wang , Miaofang Chi , Yan Wu , Bryan C. Chakoumakos , Michael A. McGuire , Brian C. Sales , Weida Wu , Jiaqiang Yan

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摘要

范德瓦尔斯化合物MnBi $_2$ Te $_4$ 是第一种本征磁性拓扑绝缘体，为探索轴子绝缘体态和量子反常霍尔效应等奇异量子现象提供了一个材料平台。然而，本征结构缺陷会导致体电导率，而磁性缺陷的作用仍不清楚。在具有更高浓度同类磁性缺陷的情况下，同构化合物MnSb $_2$ Te $_4$ 是一个更好的模型体系，可用于系统研究磁性、拓扑和晶格缺陷之间的联系。本工作研究了MnSb $_2$ Te $_4$ 中反位缺陷对磁性和电子结构的影响。Mn-Sb位点混合导致复杂的磁结构，并调节反铁磁与铁磁之间的层间磁耦合。MnSb $_2$ Te $_4$ 晶体的详细非化学计量比和位点混合取决于生长参数，在生长态晶体中，这可能导致约40%的Mn位被Sb占据，约15%的Sb位被Mn占据。单晶中子衍射和电子显微镜研究表明反位缺陷近乎随机分布。能带结构计算表明，Mn-Sb位点混合有利于铁磁层间耦合，这与实验观察一致，但不利于非平庸拓扑所需的能带反转。我们的结果表明，在MnBi $_2$ Te $_4$ 中，占据Bi位的Mn离子存在长程磁序。在所有由交替磁性层和拓扑层组成的层状异质结构中，包括整个MnTe(Bi $_2$ Te $_3$ ) $_n$ 家族、其Sb类似物及其固溶体，都应考虑位点混合的影响。

关键词

磁性拓扑绝缘体位点混合反位缺陷 MnSb2Te4 层间磁耦合能带反转中子衍射

引用

@article{arxiv.2007.12217,
  title  = {Site Mixing for Engineering Magnetic Topological Insulators},
  author = {Yaohua Liu and Lin-Lin Wang and Qiang Zheng and Zengle Huang and Xiaoping Wang and Miaofang Chi and Yan Wu and Bryan C. Chakoumakos and Michael A. McGuire and Brian C. Sales and Weida Wu and Jiaqiang Yan},
  journal= {arXiv preprint arXiv:2007.12217},
  year   = {2021}
}

备注

The effects of Mn/Sb antisite mixing on the magnetic structure (experiment) and band topology (theory) in the van der Waals magnet MnSb$_2$Te$_4$. PRX in press

用于构筑磁性拓扑绝缘体的位点混合

摘要

关键词

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