JETP Letters: issues online

Магнитные топологические изоляторы (ТИ) являются узкозонными полупроводниковыми материалами, сочетающими нетривиальную зонную структуру и магнитный порядок. В отличие от своих немагнитных аналогов, магнитные ТИ могут иметь запрещенную зону в электронной структуре поверхностных состояний, что делает возможным ряд экзотических явлений, таких как квантовый аномальный эффект Холла и хиральные фермионы Майораны, которые имеют потенциальное применение в спинтронике. До сих пор магнитные ТИ создавались только путем легирования 3d элементами переходных металлов (Cr, Co, V, Fe, Mn). Однако такой подход приводит к сильно неоднородным магнитным и электронным свойствам этих материалов, ограничивая наблюдение упомянутых эффектов очень низкими температурами. Собственный магнитный ТИ - стехиометрическое хорошо упорядоченное магнитное соединение - может стать идеальным решением этих проблем. В данном обзоре будут представлены результаты экспериментального изучения электронных и магнитных свойств первого представителя собственного магнитного ТИ - MnBi₂Te₄, а также семейства подобных ТИ - (MnBi₂Te₄)(Bi₂Te₃)_m, $m\geq1$ , конструируемых из последовательности магнитных блоков (MnBi₂Te₄), разделенных различным числом (m) немагнитных блоков (Bi₂Te₃). Влияние магнетизма на электронную структуру сильнее всего проявляется в MnBi₂Te₄ и спадает с увеличением m. Так, MnBi₂Te₄ имеет антиферромагнитное упорядочение слоев Mn в соседних блоках и температуру магнитного перехода (температуру Нееля) около 24.5 К. Антиферромагнитный порядок также наблюдается для соединений с m=1 и 2, однако, со значительно меньшей температурой упорядочения, равной 13 и 11 К, соответственно. При больших значениях m магнитные блоки MnBi₂Te₄ практически не взаимодействуют и, по сути, оказываются двумерными магнетиками. Электронная структура топологических поверхностных состояний для данного семейства характеризуется одним конусом Дирака, вид и свойства которого зависят от m и от магнитной/немагнитной терминации при $m\geq1$ . В случае магнитной терминации поверхности возможно открытие запрещенной зоны в точке Дирака. Для MnBi₂Te₄ она максимальна и ожидается на уровне 80-90 мэВ. Однако, экспериментально показана возможность ее изменения в диапазоне практически от 0 и до 70 мэВ для разных образцов. На основе расчетов методом теории функционала плотности будут представлены причины подобных отклонений.