Магнитные топологические сплавы на основе дираковского полуметалла Cd3As2: легирование атомами Cr, Mn и Fe

Обложка

Цитировать

Полный текст

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

Аннотация

Согласно теоретическим моделям, внесение в дираковский полуметалл магнитных атомов расщепляет конус Дирака на два конуса Вейля, формируя тем самым магнитный вейлевский полуметалл, привлекательный для приложений. В настоящей работе этот процесс исследуется ab initio, на примере легирования дираковского полуметалла Cd3As2 атомами Cr, Mn и Fe. Для случаев ферромагнитного и антиферромагнитного упорядочения спинов в сплавах (Cd1−xMx)3As2,(M=Cr, Mn, Fe) рассчитываются зонная структура, поверхность Ферми, скорость электронов на уровне Ферми и плазменная частота Друде, а также оценивается время релаксации при температуре T → 0K. Из расчетов следует, что в ферромагнитных сплавах один конус Вейля, как правило, разрушается за счет гибридизации электронных состояний Cd3As2 с 3d-орбиталями атомов M.Условием сохранения второго конуса Вейля является его попадание в энергетическое окно, свободное от 3d-состояний атомов M. Существование таких окон тесно связано с энергией и заполнением 3d↑и 3d↓-зон атомов M, типом спинового упорядочения (ферроили антиферромагнитного) и химическим составом сплава. В частности, окна отсутствуют в антиферромагнитных сплавах, за исключением случая M=Mn. Оценки показывают, что конус Вейля, если он сохраняется, доминирует в транспортных свойствах (Cd1−xMx)3As2, что согласуется с результатами экспериментов.

Об авторах

Э. Т. Кулатов

Институт общей физики им. А. М.Прохорова РАН

Москва, Россия

Ю. А. Успенский

Физический институт им. П. Н. Лебедева РАН

Москва, Россия

К. И. Кугель

Институт теоретической и прикладной электродинамики РАН; Национальный исследовательский университет “Высшая школа экономики”

Email: klimkugel@gmail.com
Москва, Россия; Москва, Россия

Список литературы

  1. N. P. Armitage, E. J. Mele, and A. Vishvanath, Rev. Mod. Phys. 90, 015001 (2018).
  2. B. Q. Lv, T. Qian, and H. Ding, Rev. Mod. Phys. 93, 025002 (2021).
  3. A. A. Burkov, Nat. Mater. 15, 1145 (2016).
  4. A.-Q. Wang, X.-G. Ye, D.-P. Yu, Z. M. Liao, ACS Nano 14, 3755 (2020).
  5. S. Wang, B. C. Lin, A.Q. Wang, D. P. Yu, and Z. M. Liao, Adv. Phys.: X 2, 518 (2017).
  6. P. Liu, J. R. Williams, and J. J. Cha, Nat. Rev. Mater. 4, 479 (2019)
  7. L. X. Wang, C. Z. Li, D. P. Yu, and Z. M. Liao, Nat. Commun. 7, 10769 (2016).
  8. W. Yu, W. Pan, D. L. Medlin, M. A. Rodriguez, S. R. Lee, Z. Q. Bao, and F. Zhang, Phys. Rev. Lett. 120, 177704 (2018).
  9. L. P. He, X. C. Hong, J. K. Dong, J. Pan, Z. Zhang, J. Zhang, and S. Y. Li, Phys. Rev. Lett. 113, 246402 (2014).
  10. B. Bernevig, C. Felser, and H. Beidenkopf, Nature 603, 41 (2022).
  11. M.-X. Deng, W.Luo, R.-Q. Wang, L. Sheng, and D. Y. Xing, Phys. Rev. B 96, 155141 (2017).
  12. M. N. Ali, Q. Gibson, S. Jeon, B. B. Zhou, A. Yazdani, and R. J. Cava, Inorg. Chem. 53, 4062 (2014).
  13. M. Neupane, S.-Y. Xu, R. Sankar, N. Alidoust, G. Bian, C. Liu, I. Belopolski, H. Lin, A. Bansil, F. Chou, M. Z. Hasan, T.-R. Chang, and H.-T. Jeng, Nat. Commun. 5, 3786 (2014).
  14. Z. K. Liu, J. Jiang, B. Zhou, Z. J. Wang, Y. Zhang, H.M. Weng, D. Prabhakaran, S.-K. Mo, H. Peng, P. Dudin, T. Kim, M. Hoesch, Z. Fang, X. Dai, Z. X. Shen, D. L. Feng, Z. Hussain, and Y. L. Chen, Nat. Mater. 13, 677 (2014).
  15. L. Liang, Q. Gibson, M. Ali, M. Liu, R. Cava, and N. Ong, Nat. Mater. 14, 280 (2015).
  16. Z. Wang, H. Weng, Q. Wu, X. Dai, and Z. Fang, Phys. Rev. B 88, 125427 (2013).
  17. H. Wang, H. Wang, H. Liu, H. Lu, W. Yang, S. Jia, X.-J. Liu, X. C. Xie, J. Wei, and J. Wang, Nat. Mater. 15,38 (2015).
  18. W. Lu, S. F. Ge, X. F. Liu, H. Lu, C. Z. Li, J. W. Lai, C. A. Zhao, Z. M. Liao, S. Jia, and D. Sun, Phys. Rev. B 95, 024303 (2017).
  19. Q. Wang, C.-Z. Li, S. Ge, J.-G. Li, W. Lu, J. Lai, X. Liu, J. Ma, D.-P. Yu, Z.-M. Liao, and D. Sun, Nano Lett. 17, 834 (2017).
  20. X. Yuan, P. Cheng, L. Zhang, C. Zhang, J. Wang, Q. Sun, P. Zhou, D. W. Zhang, Z. Hu, X. Wan, H. Yan, Z. Li, F. Xiu, and Y. Liu, Nano Lett. 17, 2211 (2017).
  21. Y. Liu, R. Tiwari, A.Narayan, Z. Jin, X. Yuan, C. Zhang, F. Chen, L. Li, Z. Xia, S. Sanvito, P. Zhou, and F. Xiu, Phys. Rev. B 97, 085303 (2018).
  22. Ю. В. Горюнов, А. Н. Натепров, ФТТ 65, 367 (2023).
  23. H. Wang, J. Ma, Q. Wei, and J. Zhao, J. Semicond. 41, 072903 (2020).
  24. L. N. Oveshnikov, A. I. Ril’, A. B. Mekhiya, A. B. Davydov, S. F. Marenkin, and B. A. Aronzon, Eur. Phys. J. Plus 137, 374.(2022).
  25. E. T. Kulatov, Yu. A. Uspenskii, L. N. Oveshnikov, A. B. Mekhiya, A. B. Davydov, A. I. Ril’, S. F. Marenkin, and B. A. Aronzon, Acta Mater. 219, 117249 (2021).
  26. R. Xiao, J. T. Held, J. Rable, S. Ghosh, K. Wang, K. A. Mkhoyan, and N. Samarth, Phys. Rev. Mater. 6, 024203 (2022).
  27. Ю. В. Горюнов, А. Н. Натепров, ФТТ 60, 69 (2018).
  28. E. Arushanov, A. N. Nateprov, G. Cywinski, and W. Knap, AIP Advances 15, 015329 (2025).
  29. В. С. Захвалинский, А. В. Борисенко, А.В. Маширов, А. В. Кочура, М. Н. Япрынцев, Журнал радиоэлектроники 2, 1 (2025).
  30. H. Jin, Y. Dai, Y.-D. Ma, X.-R. Li, W. Wei, L. Yua, and B.-B. Huang, J. Mater.Chem. C 3, 3547 (2015).
  31. E. T. Kulatov, Yu. A. Uspenskii, and K. I. Kugel, J. Phys. Chem. Solids 194, 112215 (2024).
  32. N. M. Shchelkachev and V. G. Yarzhemsky, Inorg. Mater. 54, 1093 (2018).
  33. Э. Т. Кулатов, Ю. А. Успенский, ДАН 512, 24 (2023).
  34. G. Kresse and J. Furthmuller, Phys. Rev. B 54, 11169 (1996).
  35. P. Blaha, K. Schwarz, F. Tran, R. Laskowski, G. K. H. Madsen, and L. D. Marks, J. Chem. Phys. 152, 074101 (2020).
  36. P. Perdew, K. Burke, and M. Ernzerhof, Phys. Rev. Lett. 77, 3865 (1996).
  37. P. B. Allen, Phys. Rev. B 17, 3725 (1978).
  38. E. G. Maksimov, I. I. Mazin, S. N. Rashkeev, and Yu. A. Uspenskii, J. Phys. F 18, 833 (1988).
  39. C. Ambrosch-Draxl and J. O. Sofo, Comput. Phys. Commun. 175, 1 (2006).
  40. C. Zener, Phys. Rev. 82, 403 (1951).
  41. P. W. Anderson and H. Hasegawa, Phys. Rev. 100, 675 (1955).
  42. H. A. Kramers, Physica 1,182 (1934).
  43. P. W. Anderson, Phys. Rev. 79, 350 (1950).
  44. A. I. Ril’, L. N. Oveshnikov, A. V. Ovcharov, and S. F. Marenkin, Vacuum 230, 113692 (2024).
  45. C. J. M. Denissen, H. Nishihara, J. C. van Gool, and J. M. de Jonge, Phys. Rev. B 33, 7637 (1986).
  46. Z. Celinski, A. Burlan, B. Rzepa, and W. Zdanowicz, Mat. Res Bull. 22, 419 (1987).
  47. J. Guo, X. Zhao, N. Sunc, X. Xiao, W. Liu, and Z. Zhang, J. Mater. Sci. Technol. 76, 247 (2021).

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2025

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).