可调磁性 Dirac 半导体：Cd$_3$As$_2$ 中的 Mn 掺杂
材料科学
2026-01-28 v1
摘要
磁性杂质为电子材料提供提高功能性的途径，常常能够实现新的器件概念和体系结构。在拓扑半导体的情况下，稀释磁掺杂为通过时反对称性破坏实现 Dirac 到 Weyl 相位转换提供了尤为吸引人的路径。然而，实现电子结构变化的尝试受限于将磁性杂质纳入具有足够高电子迁移率的晶体的挑战，以便通过输运或光谱技术检测它们。我们演示了将 Mn 掺入 CdAs 拓扑半导体薄膜中，其通过分子束外延生长。通过 As 富集生长条件和 [001] 取向薄膜，实现了 >10% 的 Mn 掺杂水平。薄膜包含均匀分布的 Mn，无二相证据，表现出超过 10,000-30,000 cm/Vs 的电子迁移率，最高可达 5% Mn。磁化行为的演变以及在低 Mn 浓度下第二个量子振荡频率的出现，提供了 Mn 诱导电子结构变化符合 Weyl 相的初步证据。该工作展示了对拓扑半导体薄膜进行磁性掺杂的潜力，以及合成这些材料的途径。
引用
@article{arxiv.2601.18989,
title = {Toward Tunable Magnetic Dirac Semimetals: Mn Doping of Cd$_3$As$_2$},
author = {Anthony D. Rice and Ian Leahy and Herve Ness and Andrew G. Norman and Karen N. Heinselman and Chun-Sheng Jiang and David Graf and Alexey Suslov and Stephan Lany and Mark Van Schilfgaarde and Kirstin Alberi},
journal= {arXiv preprint arXiv:2601.18989},
year = {2026}
}