层状磁性拓扑绝缘体MnBi2Te4因弱相互作用导致的微妙亚稳性
材料科学
2019-12-04 v1
摘要
亚稳层状化合物MnBi2Te4是首个实验实现的内禀反铁磁拓扑绝缘体,预计在剥离至原子薄层时会在高温下呈现量子反常霍尔效应。尽管其磁有序和拓扑性质已引起广泛关注,但其亚稳性背后的机制以及理想晶体合成条件仍不清楚。在此,我们使用一种结合第一性原理的方法,考虑晶格、电荷和自旋自由度,通过计算反应Bi2Te3 + MnTe -> MnBi2Te4的亥姆霍兹自由能来研究MnBi2Te4的亚稳性。我们确定了一个狭窄的温度范围(767 K至873 K),在该范围内该化合物相对于竞争二元相是稳定的,并成功使用Bi-Te助熔剂法在此范围内合成了高质量MnBi2Te4单晶。我们还预测了对总比热的各项贡献,这与我们的实验测量一致。我们的发现表明,层状材料中负责范德瓦耳斯相互作用、磁耦合和非平凡能带拓扑的自由度不仅促成了涌现现象,也决定了热力学稳定性。这一结论为未来新型层状体系的 computational material synthesis(计算材料合成)奠定了基础。
引用
@article{arxiv.1912.01173,
title = {Subtle metastability of the layered magnetic topological insulator MnBi2Te4 from weak interactions},
author = {Jinliang Ning and Yanglin Zhu and Jamin Kidd and Yingdong Guan and Yu Wang and Zhiqiang Mao and Jianwei Sun},
journal= {arXiv preprint arXiv:1912.01173},
year = {2019}
}