1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Доклады Российской академии наук. Физика, технические науки
  4. T. 512, № 1, 2023

Доклады Российской академии наук. Физика, технические науки, 2023, T. 512, № 1, стр. 24-31

ЭЛЕКТРОННЫЕ И МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА СПЛАВОВ НА ОСНОВЕ ДИРАКОВСКОГО ПОЛУМЕТАЛЛА Cd3As2, ЛЕГИРОВАННОГО АТОМАМИ Mn C ВАРЬИРУЕМОЙ КОНЦЕНТРАЦИЕЙ

Э. Т. Кулатов 1, 2, *, Ю. А. Успенский 2, **

1 Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук
Москва, Россия

2 Физический институт им. П.Н. Лебедева Российской академии наук
Москва, Россия

* E-mail: kulatov@nsc.gpi.ru
** E-mail: uspenski@td.lpi.ru

Поступила в редакцию 06.02.2023
После доработки 06.02.2023
Принята к публикации 04.05.2023

Аннотация

Теоретические исследования предсказывают, что слабое магнитное легирование дираковских полуметаллов ведет к появлению в них необычных квантовых состояний и свойств: состояния вейлевского полуметалла, аксионного изолятора, топологического сверхпроводника и т.д. Однако конкретные материалы, в которых эти явления могут наблюдаться, а также характерные концентрации магнитных атомов остаются пока неизвестными. В настоящей работе выполнено первопринципное исследование электронных и магнитных свойств дираковских полуметаллов Cd3As2, изоэлектронно легированного атомами Mn с концентрациями 4, 6 и 8%. При анализе результатов основное внимание уделено нарушению пространственной и временной симметрии в сплавах, поведению электронного спектра вблизи вершины дираковского конуса, процессам спинового упорядочения в атомах Mn. Полученные результаты сопоставлены с ранними теоретическими и экспериментальными исследованиями, на их основе дана развернутая картина влияния изоэлектронного магнитного легирования на свойства дираковских полуметаллов Cd3As2.

Ключевые слова: полуметаллы Дирака, спинтроника, топотроника, электронная структура

Список литературы

  1. Armitage N.P., Mele E.J., Vishvanath A. Weyl and Dirac semimetals in three-dimensional solids // Rev. Mod. Phys. 2018. V. 90. №. 1. P. 015001–015057.

  2. Wang S., Lin B.C., Wang A.Q., Yu D.P., Liao Z.M. Quantum Transport in Dirac and Weyl Semimetals: A Review // Adv. Phys.: X. 2017. V. 2. P. 518–544.

  3. Burkov A.A. Topological Semimetal // Nat. Mater. 2016. V. 15. P. 1145–1148.

  4. Wang A.-Q., Ye X.-G., Yu D.-P., Liao Z.M. Topological semimetal nanostructures: from properties to topotronics // ACS Nano. 2020. V. 14. P. 3755–3778.

  5. Liu P., Williams J.R., Cha J.J. Topological Nanomaterials // Nat. Rev. Mater. 2019. V. 4. P. 479–496.

  6. Wang L.X., Li C.Z., Yu D.P., Liao Z.M. Aharonov-Bohm Oscillations in Dirac Semimetal Cd3As2 Nanowires // Nat. Commun. 2016. V. 7. P. 10769–10775.

  7. Yu W., Pan W., Medlin D.L., Rodriguez M.A., Lee S.R., Bao Z.Q., Zhang F. π and 4π Josephson Effects Mediated by a Dirac Semimetal // Phys. Rev. Lett. 2018. V. 120. P. 177704–177709.

  8. Ali M.N., Gibson Q., Jeon S., Zhou B.B., Yazdani A., Cava R.J. The crystal and electronic structures of Cd3As2, the three-dimensional electronic analogue of graphene // Inorg. Chem. 2014. V. 53. P. 4062–4067.

  9. He L.P., Hong X.C., Dong J.K., Pan J., Zhang Z., Zhang J., Li S.Y. Quantum transport evidence for the three-dimensional Dirac semimetal phase in Cd3As2 // Phys. Rev. Lett. 2014. V. 113. P. 246402–246406.

  10. Neupane M., Xu S.-Y., Sankar R., Alidoust N., Bian G., Liu C., Belopolski I., Lin H., Bansil A., Chou F., Hasan M.Z., Chang T.-R., Jeng H.-T. Observation of a three-dimensional topological Dirac semimetal phase in high-mobility Cd3As2 // Nat. Commun. 2014. V. 5. P. 3786–3793.

  11. Liu Z.K., Jiang J., Zhou B., Wang Z.J., Zhang Y., Weng H.M. et al. A stable three-dimensional topological Dirac semimetal Cd3As2 // Nat. Mater. 2014. V. 13. P. 677–681.

  12. Jeon S., Zhou B.B., Gyenis A., Feldman B.E., Kimchi I., Potter A.C., Gibson Q.D, Cava R.J. Landau quantization and quasiparticle interference in the three-dimensional Dirac semimetal Cd3As2 // Nat. Mater. 2014. V. 13. P. 851–856.

  13. Wang Z., Weng H., Wu Q., Dai X., Fang Z. Three-dimensional Dirac semimetal and quantum transport in Cd3As2 // Phys. Rev. B. 2013. V. 88. P. 125427–125432.

  14. Kulatov E.T., Uspenskii Yu.A., Oveshnikov L.N., Mekhiya A.B., Davydov A.B., Ril’ A.I., Marenkin S.F., Aronzon B.A. Electronic, magnetic and magnetotransport properties of Mn-doped Dirac semimetal Cd3As2 // Acta Materialia. 2021. V. 219. P. 117249–117258.

  15. Akrap A., Hakl M., Tchoumakov S., Crassee I., Kuba J., Goerbig M.O. et al. Magneto-optical signature of massless Kane electrons in Cd3As2 // Phys. Rev. Lett. 2016. V. 117. P. 136401–136406.

  16. Neubauer D., Carbotte J.P., Nateprov A.A., Löhle A., Dressel M., Pronin A.V. Interband optical conductivity of the [001]-oriented Dirac semimetal Cd3As2 // Phys. Rev. B. 2016. V. 93. P. 121202–121206.

  17. Oveshnikov L.N., Davydov A.B., Suslov A.V., Ril’ A.I., Marenkin S.F., Vasiliev A.L., Aronzon B.A. Superconductivity and Shubnikov-de Haas effect in polycrystalline Cd3As2 thin films // Sci. Rep. 2020. V. 10. P. 4601–4607.

  18. Kresse G., Furthmuller J. Efficient iterative schemes for ab initio total energy calculations using a plane-wave basis set // Phys. Rev. B. 1996. V. 54 (16). P. 11169–11186.

  19. Perdew J.P., Burke K., Ernzerhof M. Generalized gradient approximation made simple // Phys. Rev. Lett. 1996. V. 77 (18). P. 3865–3868.

  20. Wang V., Xu N., Liu J.C., Tang G., Geng W.T. VASPKIT: A User-Friendly Interface Facilitating High-Throughput Computing and Analysis Using VASP Code // Computer Physics Communications. 2021. V. 267. P. 108033–108051.

  21. Kulatov E.T., Men’shov V.N., Tugushev V.V., Uspen-skii Yu.A. Electron and magnetic properties of three-dimensional magnetic topological insulators Bi2Se3:Cr and Bi2Se3:Fe // Europhysics Letters. 2016. V. 115. P. 67004–67010.

  22. Kulatov E.T., Men’shov V.N., Tugushev V.V., Uspen-skii Yu.A. Features of the electronic structure of the Bi2Se3 topological insulator digitally doped with 3d transition metals // JETP Letters. 2019. V. 109. P. 102–108.

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Доклады Российской академии наук. Физика, технические науки

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал