Ванадий-содержащие планарные гетероструктуры на основе топологических изоляторов

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Представлены результаты теоретического исследования V-содержащих гетероструктур, представляющих собой ультратонкую магнитную пленку на поверхности немагнитного топологического изолятора. Показана возможность управления смещением точки Дирака в k-пространстве, являющегося мерой протяженности особой плоской зоны, возникающей при формировании доменных стенок на поверхности антиферромагнитных топологических изоляторов. Смещение точки Дирака обратно пропорционально значению групповой скорости электронов в точке Дирака и пропорционально степени локализации топологического состояния в магнитной пленке. Управление смещением осуществляется путем подбора подложки с определенным значением работы выхода. Предложены конкретные системы для экспериментального исследования особенностей плоских зон в антиферромагнитных топологических изоляторах.

Об авторах

Е. К. Петров

Томский государственный университет; Санкт-Петербургский государственный университет

Email: evg.konst.petrov@gmail.com
634050, Томск, Россия; 198504, Санкт-Петербург, Россия

И. В. Силкин

Томский государственный университет

Email: evg.konst.petrov@gmail.com
634050, г. Томск, Россия

В. М. Кузнецов

Томский государственный университет

Email: evg.konst.petrov@gmail.com
634050, г. Томск, Россия

Т. В. Меньщикова

Томский государственный университет

Email: evg.konst.petrov@gmail.com
634050, Томск, Россия

Е. В. Чулков

Томский государственный университет; Санкт-Петербургский государственный университет; Universidad del Pa´ıs Vasco UPV/EHU

Автор, ответственный за переписку.
Email: evg.konst.petrov@gmail.com
634050, Томск, Россия; 198504, Санкт-Петербург, Россия; 20080, Сан-Себастьян/Доностия, Страна Басков, Испания

Список литературы

  1. R.Yu,W. Zhang, H.-J. Zhang, S.-C. Zhang, X. Dai, and Z. Fang, Science 329, 61 (2010).
  2. C.-Z. Chang, J. Zhang, X. Feng, J. Shen, Z. Zhang, M. Guo, K. Li, Y. Ou, P. Wei, L.-L. Wang, Z.-Q. Ji, Y. Feng, S. Ji, X. Chen, J. Jia, X. Dai, Z. Fang, S.-C. Zhang, K. He, Y. Wang, L. Lu, X.-C. Ma, and Q.-K. Xue, Science 340, 167 (2013).
  3. T. Hirahara, S.V. Eremeev, T. Shirasawa et al. (Collaboration), Nano Lett. 17, 3493 (2017).
  4. M.M. Otrokov, T.V. Menshchikova, M.G. Vergniory, I.P. Rusinov, A.Yu. Vyazovskaya, Y.M. Koroteev, G. Bihlmayer, A. Ernst, P.M. Echenique, A. Arnau, and E.V. Chulkov, 2D Materials 4, 025082 (2017).
  5. M.M. Otrokov, I.P. Rusinov, M. Blanco-Rey, M. Hoffmann, A.Y. Vyazovskaya, S.V. Eremeev, A. Ernst, P.M. Echenique, A. Arnau, and E.V. Chulkov, Phys. Rev. Lett. 122, 107202 (2019).
  6. Y. Deng, Y.Yu, M. Z. Shi, Z. Guo, Z. Xu, J. Wang, X. H. Chen, and Y. Zhang, Science 67, 895 (2020).
  7. H. Deng, Z. Chen, A. Wo lo's, M. Konczykowski, K. Sobczak, J. Sitnicka, I.V. Fedorchenko, J. Borysiuk, T. Heider, L. Pluci'nski, K. Park, A.B. Georgescu, J. Cano, and L. Krusin-Elbaum, Nature Physics 17, 36 (2021).
  8. V.N. Men'shov, I. Shvets, and E.V. Chulkov, JETP Lett. 110(12), 771 (2019).
  9. E.K. Petrov, I.V. Silkin, T.V. Menshchikova, and E.V. Chulkov, JETP Lett. 109, 121 (2019).
  10. J. Wang, B. Lian, X.-L. Qi, and S.-C. Zhang, Phys. Rev. B 92, 081107 (2015).
  11. D. Zhang, M. Shi, T. Zhu, D. Xing, H. Zhang, and J. Wang, Phys. Rev. Lett. 122, 206401 (2019).
  12. M.M. Otrokov, I. I. Klimovskikh, H. Bentmann et al. (Collaboration), Nature 576, 416 (2019).
  13. R. S.K. Mong, A.M. Essin, and J. E. Moore, Phys. Rev. B 81, 245209 (2010).
  14. C. Liu, Y. Wang, H. Li, Y. Wu, Y. Li, J. Li, K. He, Y. Xu, J. Zhang, and Y. Wang, Nat. Mater. 19, 522 (2020).
  15. J. Wang, B. Lian, and S.-C. Zhang, Phys. Rev. B 93, 045115 (2016).
  16. S.V. Eremeev, I.P. Rusinov, Y.M. Koroteev, A.Y. Vyazovskaya, M. Hoffmann, P.M. Echenique, A. Ernst, M.M. Otrokov, and E.V. Chulkov, J. Phys. Chem. Lett. 12, 4268 (2021).
  17. E.K. Petrov, V.N. Men'shov, I.P. Rusinov, M. Hoffmann, A. Ernst, M.M. Otrokov, V.K. Dugaev, T.V. Menshchikova, and E.V. Chulkov, Phys. Rev. B 103, 235142 (2021).
  18. J. Ge, Y. Liu, J. Li, H. Li, T. Luo, Y. Wu, Y. Xu, and J. Wang, National Science Review 7, 1280 (2020).
  19. Y. Gong, J. Guo, J. Li et al. (Collaboration), Chin. Phys. Lett. 36, 076801 (2019).
  20. A.M. Shikin, D.A. Estyunin, I. I. Klimovskikh et al. (Collaboration), Sci. Rep. 10, 13226 (2020).
  21. B. Li, J.-Q. Yan, D.M. Pajerowski, E. Gordon, A.-M. Nedi'c, Y. Sizyuk, L. Ke, P.P. Orth, D. Vaknin, and R. J. McQueeney, Phys. Rev. Lett. 124, 167204 (2020).
  22. D.A. Estyunin, I. I. Klimovskikh, A.M. Shikin, E. F. Schwier, M.M. Otrokov, A. Kimura, S. Kumar, S.O. Filnov, Z. S. Aliev, M. B. Babanly, and E.V. Chulkov, APL Mater. 8, 021105 (2020).
  23. R.C. Vidal, H. Bentmann, T.R. F. Peixoto et al. (Collaboration), Phys. Rev. B 100, 121104 (2019).
  24. J.-Q. Yan, Q. Zhang, T. Heitmann, Z. Huang, K.Y. Chen, J.-G. Cheng,W.Wu, D. Vaknin, B.C. Sales, and R. J. McQueeney, Physical Review Materials 3, 064202 (2019).
  25. S.H. Lee, Y. Zhu, Y.Wang, L. Miao, T. Pillsbury, H. Yi, S. Kempinger, J. Hu, C.A. Heikes, P. Quarterman, W. Ratcliff, J. A. Borchers, H. Zhang, X. Ke, D. Graf, N. Alem, C.-Z. Chang, N. Samarth, and Z. Mao, Physical Review Research 1, 012011 (2019).
  26. P.M. Sass, W. Ge, J. Yan, D. Obeysekera, J. J. Yang, and W. Wu, Nano Lett. 20, 2609 (2020).
  27. K. F. Garrity, S. Chowdhury, and F.M. Tavazza, Physical Review Materials 5, 024207 (2021).
  28. P. Swatek, Y. Wu, L.-L. Wang, K. Lee, B. Schrunk, J. Yan, and A. Kaminski, Phys. Rev. B 101, 161109 (2020).
  29. P.M. Sass, J. Kim, D. Vanderbilt, J. Yan, and W. Wu, Phys. Rev. Lett. 125, 037201 (2020).
  30. A. Zeugner, F. Nietschke, A.U.B. Wolter et al. (Collaboration), Chem. Mater. 31, 2795 (2019).
  31. H. Li, S.-Y. Gao, S.-F. Duan et al. (Collaboration), Phys. Rev. X 9, (2019).
  32. Y.-J. Hao, P. Liu, Y. Feng et al. (Collaboration), Phys. Rev. X 9, 041038 (2019).
  33. Y. J. Chen, L.X. Xu, J.H. Li et al. (Collaboration), Phys. Rev. X 9, 041040 (2019).
  34. B. Lian, Z. Liu, Y. Zhang, and J. Wang, Phys. Rev. Lett. 124, 126402 (2020).
  35. T. Hirahara, M.M. Otrokov, T.T. Sasaki et al. (Collaboration), Nat. Commun. 11, 4821 (2020).
  36. E.D. L. Rienks, S. Wimmer, J. S'anchez-Barriga et al. (Collaboration), Nature 576, 423 (2019).
  37. Z. S. Aliev, I.R. Amiraslanov, D. I. Nasonova, A.V. Shevelkov, N.A. Abdullayev, Z.A. Jahangirli, E.N. Orujlu, M.M. Otrokov, N.T. Mamedov, M.B. Babanly, and E.V. Chulkov, J. Alloys Compd. 789, 443 (2019).
  38. C. Hu, K.N. Gordon, P. Liu et al. (Collaboration), Nat. Commun. 11, 97 (2020).
  39. Y. Gao, K. Liu, and Z.-Y. Lu, Physical Review Research 4, 023030 (2022).
  40. C. Hu, L. Ding, K.N. Gordon et al. (Collaboration), Sci. Adv. 6, eaba4275 (2020).
  41. K. Yasuda, M. Mogi, R. Yoshimi, A. Tsukazaki, K. S. Takahashi, M. Kawasaki, F. Kagawa, and Y. Tokura, Science 358, 1311 (2017).
  42. I.T. Rosen, E. J. Fox, X. Kou, L. Pan, K. L. Wang, and D. Goldhaber-Gordon, Quantum Mater. 2, 69 (2017).
  43. I.P. Rusinov, V.N. Men'shov, and E.V. Chulkov, Phys. Rev. B 104, 035411 (2021).
  44. V.N. Men'shov, I.P. Rusinov, and E.V. Chulkov, JETP Lett. 114, 699 (2021).
  45. K. Kim, A. DaSilva, S. Huang, B. Fallahazad, S. Larentis, T. Taniguchi, K. Watanabe, B. J. LeRoy, A.H. MacDonald, and E. Tutuc, Proceedings of the National Academy of Sciences 114(13), 3364 (2017).
  46. A.L. Sharpe, E. J. Fox, A.W. Barnard, J. Finney, K. Watanabe, T. Taniguchi, M. Kastner, and D. Goldhaber-Gordon, Science 365(6453), 605 (2019).
  47. H. Yoo, R. Engelke, S. Carr et al. (Collaboration), Nat. Mater. 18(5), 448 (2019).
  48. T.Wolf, J. L. Lado, G. Blatter, and O. Zilberberg, Phys. Rev. Lett. 123(9), 096802 (2019).
  49. X. Lu, P. Stepanov, W. Yang, M. Xie, M.A. Aamir, I. Das, C. Urgell, K.Watanabe, T. Taniguchi, G. Zhang, A. Bachtold, A.H. MacDonald, and D.K. Efetov, Nature 574, 653 (2019).
  50. Y. Cao, V. Fatemi, A. Demir, S. Fang, S. L. Tomarken, J.Y. Luo, J.D. Sanchez-Yamagishi, K. Watanabe, T. Taniguchi, E. Kaxiras, R.C. Ashoori, and P. Jarillo-Herrero, Nature 556, 80 (2018).
  51. M. Yankowitz, S. Chen, H. Polshyn, Y. Zhang, K. Watanabe, T. Taniguchi, D. Graf, A. F. Young, and C.R. Dean, Science 363, 1059 (2019).
  52. Y. Cao, V. Fatemi, S. Fang, K.Watanabe, T. Taniguchi, E. Kaxiras, and P. Jarillo-Herrero, Nature 556, 43 (2018).
  53. L. Fu and C. L. Kane, Phys. Rev. Lett. 100, 096407 (2008).
  54. V. S. Stolyarov, S. Pons, S. Vlaic, S.V. Remizov, D. S. Shapiro, C. Brun, S. I. Bozhko, T. Cren, T.V. Menshchikova, E.V. Chulkov, W.V. Pogosov, Y.E. Lozovik, and D. Roditchev, J. Phys. Chem. Lett. 12, 9068 (2021).
  55. A. Kudriashov, I. Babich, R.A. Hovhannisyan, A.G. Shishkin, S.N. Kozlov, A. Fedorov, D.V. Vyalikh, E. Khestanova, M.Y. Kupriyanov, and V. S. Stolyarov, Adv. Funct. Mater. 32, 2209853 (2022).
  56. M.M. Otrokov, T.V. Menshchikova, I.P. Rusinov, M.G. Vergniory, V.M. Kuznetsov, and E.V. Chulkov, JETP Lett. 105, 297 (2017).
  57. J. Henk, M. Flieger, I.V. Maznichenko, I. Mertig, A. Ernst, S.V. Eremeev, and E.V. Chulkov, Phys. Rev. Lett. 109, 076801 (2012).
  58. L.-X. Wang, Y. Yan, L. Zhang, Z.-M. Liao, H.-C. Wu, and D.-P. Yu, Nanoscale 7(40), 16687 (2015).
  59. T.V. Menshchikova, M.M. Otrokov, S. S. Tsirkin, D.A. Samorokov, V.V. Bebneva, A. Ernst, V.M. Kuznetsov, and E.V. Chulkov, Nano Lett. 13, 6064 (2013).
  60. S. Lisi, X. Lu, T. Benschop et al. (Collaboration), Nature Phys. 17(2), 189 (2021).
  61. M. I.B. Utama, R. J. Koch, K. Lee et al. (Collaboration), Nature Phys. 17(2), 184 (2021).
  62. D. Pierucci, H. Sediri, M. Hajlaoui, J.-C. Girard, T. Brumme, M. Calandra, E. Velez-Fort, G. Patriarche, M.G. Silly, G. Ferro, V. Souli'ere, M. Marangolo, F. Sirotti, F. Mauri, and A. Ouerghi, ACS Nano 9(5), 5432 (2015).
  63. D. Marchenko, D. Evtushinsky, E. Golias, A. Varykhalov, T. Seyller, and O. Rader, Sci. Adv. 4(11), eaau0059 (2018).
  64. H. Henck, J. Avila, Z. Ben Aziza et al. (Collaboration), Phys. Rev. B 97, 245421 (2018).
  65. P.E. Bl�ochl, Phys. Rev. B 50(24), 17953 (1994).
  66. G. Kresse and J. Hafner, Phys. Rev. B 47(1), 558 (1993).
  67. G. Kresse and J. Furthm�uller, Phys. Rev. B 54(16), 11169 (1996).
  68. G. Kresse and J. Furthm�uller, Comput. Mater. Sci. 6(1), 15 (1996).
  69. J.P. Perdew, K. Burke, and M. Ernzerhof, Phys. Rev. Lett. 77(18), 4 (1996).
  70. S. Grimme, J. Antony, S. Ehrlich, and H. Krieg, J. Chem. Phys. 132(15), 154104 (2010).
  71. V. I. Anisimov, J. Zaanen, and O.K. Andersen, Phys. Rev. B 44(3), 943 (1991).
  72. S. Dudarev, G. Botton, S. Savrasov, C. Humphreys, and A. Sutton, Phys. Rev. B 57(3), 1505 (1998).
  73. M. Cococcioni and S. De Gironcoli, Phys. Rev. B 71(3), 035105 (2005).

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2023