Electronic Spectrum Features under the Transition from Axion Insulator Phase to Quantum Anomalous Hall Effect Phase in an Intrinsic Antiferromagnetic Topological Insulator Thin Film

封面

如何引用文章

全文:

开放存取 开放存取
受限制的访问 ##reader.subscriptionAccessGranted##
受限制的访问 订阅存取

详细

In this paper, we investigate the electron topological states in a thin film of intrinsic antiferromagnetic topological insulator, focusing on their relationship with the magnetic texture. We consider a model for the film with an even number of septuple-layer blocks, which is subject to transition from the phase of an axion insulator to the phase of quantized Hall conductivity under an external magnetic field. In the continuum approach, we model an effective two-dimensional Hamiltonian of the thin film of a topological insulator with non-collinear magnetization, on the basis of which we obtain the energy spectrum and the Berry curvature. The analysis of topological indices makes it possible to construct a topological phase diagram depending on the parameters of the system and the degree of non-collinearity. For topologically different regions of the diagram, we describe the edge electronic states on the side face of the film. In addition, we investigate the spectrum of one-dimensional states on the domain wall separating domains with the opposite canting angle. We also discuss the results obtained and the experimental situation in thin films of the MnBi2Te4 compound.

作者简介

V. Men'shov

National Research Tomsk State University; St. Petersburg State University; National Research Center Kurchatov Institute

Email: vnmenshov@mail.ru
634050, Tomsk, Russia; 198504, St. Petersburg, Russia; 123182, Moscow, Russia

E. Chulkov

National Research Tomsk State University; St. Petersburg State University; Departaménto de Polímeros y Materiales Avanzados: Física, Química y Tecnología, Facultad de Ciencias Químicas, Universidad del País Vasco UPV/EHU

编辑信件的主要联系方式.
Email: vnmenshov@mail.ru
634050, Tomsk, Russia; 198504, St. Petersburg, Russia;20080, San Sebastián/Donostia, Basque Country, Spain

参考

  1. Y. Tokura, K. Yasuda, and A. Tsukazaki, Nat. Rev. Phys. 1, 126 (2019).
  2. C.-Z. Chang, J. Zhang, X. Feng et al., Science 340, 167 (2013).
  3. C.-Z. Chang and M. Li, J. Phys. Condens. Matter 28, 123002 (2016).
  4. X. Kou, Y. Fan, M. Lang, P. Upadhyaya, and K. L. Wang, Solid State Commun. 215-216, 34 (2015).
  5. H. Weng, R. Yu, X. Hu, X. Dai, and Z. Fang, Adv. Phys. 64, 227 (2015).
  6. A. Sekine and K. Nomura, J. Appl. Phys. 129, 141101 (2021).
  7. D. M. Nenno, C. A. C. Garcia, J. Gooth, C. Felser, and P. Narang, Nat. Rev. Phys. 2, 682 (2020).
  8. Y. Zhao and Q. Liu, Appl. Phys. Lett. 119, 060502 (2021).
  9. M. M. Otrokov, I. I. Klimovskikh, H. Bentmann et al. (Collaboration), Nature 576, 416 (2019).
  10. Y. Gong, J. Guo, J. Li et al. (Collaboration), Chin. Phys. Lett. 36, 076801 (2019).
  11. Y. Deng, Y. Yu, M. Z. Shi, Z. Guo, Z. Xu, J. Wang, X. H. Chen, and Y. Zhang, Science 367, 895 (2020).
  12. 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).
  13. А. М. Шикин, Д. А. Естюнин, Д. А. Глазкова, С. О. Фильнов, И. И. Климовских, Письма в ЖЭТФ 115, 241 (2022).
  14. А. М. Шикин, Н. Л. Зайцев, А. В. Тарасов, Т. П. Макарова, Д. А. Глазкова, Д. А. Естюнин, И. И. Климовских, Письма в ЖЭТФ 116, 544 (2022).
  15. Н. А. Абдуллаев, И. Р. Амирасланов, З. С. Алиев, З. А. Джахангирли, И. Ю. Скляднева, Е. Г. Ализаде, Е. Н. Алиева, М. М. Отроков, В. Н. Зверев, Н. Т. Мамедов, Е. В. Чулков, Письма в ЖЭТФ 115, 801 (2022).
  16. Д. А. Глазкова, Д. А. Естюнин, И. И. Климовских, Т. П. Макарова, О. Е. Терещенко, К. А. Кох, В. А. Голяшов, А. В. Королева, А. М. Шикин, Письма в ЖЭТФ 115, 315 (2022).
  17. А. M. Шикин, Д. А. Естюнин, Н. Л. Зайцев, Д. А. Глазкова, И. И. Климовских, С. О. Фильнов, А. Г. Рыбкин, К. А. Кох, О. Е. Терещенко, К. А. Звездин, А. К. Звездин, ЖЭТФ 161, 126 (2022).
  18. I. I. Klimovskikh, M. M. Otrokov, D. Estyunin et al. (Collaboration), npj Quantum Mater. 5, 54 (2020).
  19. M. M. Otrokov, I. P.Rusinov, M. Blanco-Rey, M. Ho mann, A. Y. Vyazovskaya, S. V. Eremeev, A. Ernst, P. M. Echenique, A. Arnau, and E. V. Chulkov, Phys. Rev. Lett. 122, 107202 (2019).
  20. S. H. Lee, Y. Zhu, Y. Wang et al. (Collaboration), Phys. Rev. Research 1, 012011 (2019).
  21. C. Lei, O. Heinonen, A. H. MacDonald, and R. J. McQueeney, Phys. Rev. Mater. 5, 064201 (2021).
  22. S. Yang, X. Xu, Y. Zhu, R. Niu, C. Xu, Y. Peng, X. Cheng, X. Jia, Y. Huang, X. Xu, J. Lu, and Y. Ye, Phys. Rev. X 11, 011003 (2021).
  23. J. Cai, D. Ovchinnikov, Z. Fei, M. He, T. Song, Z. Lin, C. Wang, D. Cobden, J.-H. Chu, Y.-T. Cui, C.-Z. Chang, D. Xiao, J. Yan, and X. Xu, Nat.Commun. 13, 1668 (2022).
  24. D. Ovchinnikov, X. Huang, Z. Lin, Z. Fei, J. Cai, T. Song, M. He, Q. Jiang, C. Wang, H. Li, Y. Wang, Y. Wu, D. Xiao, J.-H. Chu, J. Yan, C.-Z. Chang, Y.-T. Cui, and X. Xu, Nano Lett. 21, 2544 (2021).
  25. Y. Feng, J. Zhu, W. Lin, Z. Lian, Y. Wang, H. Li, H. Yao, Q. He, Y. Pan, Y. Wu, J. Zhang, Y. Wang, X. Zhou, J. Shen, and Y. Wang, Nano Lett. 22, 7606 (2022).
  26. R. S. K. Mong, A. M. Essin, and J. E. Moore, Phys. Rev. B 81, 245209 (2010).
  27. D. Zhang, M. Shi, T. Zhu, D. Xing, H. Zhang, and J. Wang, Phys. Rev. Lett. 122, 206401 (2019).
  28. E. K. Petrov, V. N. Men'shov, I. P.Rusinov, M. Ho mann, A. Ernst, M. M. Otrokov, V. K. Dugaev, T. V. Menshchikova, and E. V. Chulkov, Phys. Rev. B 103, 235142 (2021).
  29. P. M. Sass, J. Kim, D. Vanderbilt, J. Yan, and W. Wu, Phys. Rev. Lett. 125, 037201 (2020).
  30. I. P.Rusinov, V. N. Men'shov, and E. V. Chulkov, Phys. Rev. B 104, 035411 (2021).
  31. В. Н. Меньшов, И. П. Русинов, Е. В. Чулков, Письма в ЖЭТФ 114, 768 (2021)
  32. V. N. Men'shov, I. P.Rusinov, and E. V. Chulkov, JETP Lett. 114, 699 (2021).
  33. C.-X. Liu, X.-L. Qi, H. J. Zhang, X. Dai, Z. Fang, and S.-C. Zhang, Phys. Rev. B 82, 045122 (2010).
  34. D. Zhang, M. Shi, T. Zhu, D. Xing, H. Zhang, and J. Wang, Phys. Rev. Lett. 122, 206401 (2019).
  35. В. Н. Меньшов, В. В. Тугушев, Е. В. Чулков, Письма в ЖЭТФ 104, 480 (2016)
  36. V. N. Men'shov, V. V. Tugushev, and E. V. Chulkov, JETP Lett. 104, 453 (2016).
  37. V. N. Men'shov, I. A. Shvets, V. V. Tugushev, and E. V. Chulkov, Phys. Rev. B 96, 075302 (2017).
  38. В. Н. Меньшов, И. А. Швец, Е. В. Чулков, Письма в ЖЭТФ 110, 777 (2019)
  39. V. N. Men'shov, I. A. Shvets, and E. V. Chulkov, JETP Lett. 110, 771 (2019).
  40. V. N. Men'shov, I. A. Shvets, and E. V. Chulkov, Phys. Rev. B 106, 205301 (2022).
  41. P. Swatek, Y. Wu, L.-L. Wang, K. Lee, B. Schrunk, J. Yan, and A. Kaminski, Phys. Rev. B 101, 161109(R) (2020).
  42. J. Ge, Y. Liu, P. Wang, Z. Xu, J. Li, H. Li, Z. Yan, Y. Wu, Y. Xu, and J. Wang, Phys. Rev. B 105, L201404 (2022).
  43. Y.-H. Li and R. Cheng, Phys. Rev. Research 4, L022067 (2022).
  44. H.-Z. Lu, W.-Y. Shan, W. Yao, Q. Niu, and S.-Q. Shen, Phys. Rev. B 81, 115407 (2010).
  45. R. Takahashi, Topological States on Interfaces Protected by Symmetry, Springer, Tokyo, Japan (2015).
  46. B. A. Bernevig, T. L. Hughes, and S.-C. Zhang, Science 314(5806), 1757 (2006).
  47. X. L. Qi and S. C. Zhang, Rev. Mod. Phys. 83, 1057 (2011).
  48. D. R. Candido, M. Kharitonov, J. C. Egues, and E. M. Hankiewicz, Phys. Rev. B 98, 161111(R) (2018).
  49. K. Yasuda, M. Mogi, R. Yoshimi, A. Tsukazaki, K. S. Takahashi, M. Kawasaki, F. Kagawa, and Y. Tokura, Science 358, 1311 (2017).
  50. V. N. Men'shov, I. A. Shvets, and E. V. Chulkov, Phys. Rev. B 99, 115301 (2019).
  51. J. G. Checkelsky, J. Ye, Y. Onose, Y. Iwasa, and Y. Tokura, Nat. Phys. 8, 729 (2012).
  52. S. K. Chong, C. Lei, S. H. Lee, J. Jaroszynski, Z. Mao, A. H. MacDonald, and K. L. Wang, https://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/2208/2208.13332.pdf.
  53. A. A. Zyuzin, M. D. Hook, and A. A. Burkov, Phys. Rev. B 83, 245428 (2011).
  54. H.-P. Sun, C. M. Wang, S.-B. Zhang, R. Chen, Y. Zhao, C. Liu, Q. Liu, C. Chen, H.-Z. Lu, and X. C. Xie, Phys. Rev. B 102, 241406(R) (2020).

补充文件

附件文件
动作
1. JATS XML
下载

版权所有 © Российская академия наук, 2023

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».