Электронная и спиновая структура топологических поверхностных состояний MnBi4Te7 и MnBi6Te10 и их модификация приложенным электрическим полем
А. М. Шикин+, Н. Л. Зайцев*, А. В. Тарасов+, Т. П. Макарова+, Д. А. Глазкова+, Д. А. Естюнин+, И. И. Климовских+
+Санкт-Петербургский государственный университет, 198504 С.-Петербург, Россия
*Институт физики молекул и кристаллов Уфимского федерального исследовательского центра РАН, 450075 Уфа, Россия
Abstract
Методами теории функционала плотности (ТФП) проведены расчеты
электронной и спиновой структуры топологических поверхностных состояний
(ТПС) для антиферромагнитных топологических изоляторов MnBi4Te7 и
MnBi6Te10, состоящих из последовательности магнитных семислойных
блоков (СБ) MnBi2Te4, разделенных немагнитными пятислойными блоками
(ПБ) Bi2Te3. Проанализированы особенности, характерные для систем с
различной терминацией поверхности (как СБ, так и ПБ) и проведено
сравнение результатов теоретических расчетов с экпериментально
измеренными дисперсиями электронных состояний. Показано, что при
терминации поверхности магнитным СБ в структуре ТПС в точке Дирака
открывается энергетическая запрещенная зона (ЭЗЗ) порядка 35-45 мэВ,
подобно MnBi2Te4. При терминации поверхности немагнитным ПБ
структура ТПС уже ближе к виду, характерному для Bi2Te3 с различным
энергетическим сдвигом точки Дирака и формированием гибридизационных ЭЗЗ
в структуре ТПС, обусловленных взаимодействием с нижележащим СБ.
Проведены расчеты, показывающие возможность изменения величины ЭЗЗ в
точке Дирака при вариации расстояния между блоками на поверхности без
принципиального изменения электронной структуры. Приложение
электрического поля перпендикулярно поверхности меняет электронную и
спиновую структуру ТПС и может модулировать величину ЭЗЗ в точке Дирака в
зависимости от напряженности и знака приложенного поля, что может быть
использовано для практических приложений.