論文の概要: Site Mixing for Engineering Magnetic Topological Insulators
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2007.12217v2
- Date: Thu, 8 Apr 2021 06:05:33 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-05-08 10:51:08.541460
- Title: Site Mixing for Engineering Magnetic Topological Insulators
- Title（参考訳）: 磁気トポロジカル絶縁体のためのサイトミキシング
- Authors: Yaohua Liu, Lin-Lin Wang, Qiang Zheng, Zengle Huang, Xiaoping Wang,
Miaofang Chi, Yan Wu, Bryan C. Chakoumakos, Michael A. McGuire, Brian C.
Sales, Weida Wu, Jiaqiang Yan
- Abstract要約: MnSb$Te$_4$で反サイト欠陥が磁性および電子構造に与える影響を調べた。
MnSb-$Te$_4$結晶の詳細な非化学量測定とサイト混合は成長パラメータに依存する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 8.820630220432209
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: The van der Waals compound, MnBi$_2$Te$_4$, is the first intrinsic magnetic
topological insulator, providing a materials platform for exploring exotic
quantum phenomena such as the axion insulator state and the quantum anomalous
Hall effect. However, intrinsic structural imperfections lead to bulk
conductivity, and the roles of magnetic defects are still unknown. With higher
concentrations of same types of magnetic defects, the isostructural compound
MnSb$_2$Te$_4$ is a better model system for a systematic investigation of the
connections among magnetic, topology and lattice defects. In this work, the
impact of antisite defects on the magnetism and electronic structure is studied
in MnSb$_2$Te$_4$. Mn-Sb site mixing leads to complex magnetic structures and
tunes the interlayer magnetic coupling between antiferromagnetic and
ferromagnetic. The detailed nonstoichiometry and site-mixing of MnSb$_2$Te$_4$
crystals depend on the growth parameters, which can lead to $\approx$40\% of Mn
sites occupied by Sb and $\approx$15\% of Sb sites by Mn in as-grown crystals.
Single crystal neutron diffraction and electron microscopy studies show nearly
random distribution of the antisite defects. Band structure calculations
suggest that the Mn-Sb site-mixing favors a FM interlayer coupling, consistent
with experimental observation, but is detrimental to the band inversion
required for a nontrivial topology. Our results suggest a long range magnetic
order of Mn ions sitting on Bi sites in MnBi$_2$Te$_4$. The effects of site
mixing should be considered in all layered heterostructures that consist of
alternating magnetic and topological layers, including the entire family of
MnTe(Bi$_2$Te$_3$)$_n$, its Sb analogs and their solid solution.
- Abstract（参考訳）: ファンデルワールス化合物 mnbi$_2$te$_4$ は、アキション絶縁体状態や量子異常ホール効果のようなエキゾチックな量子現象を探索するための材料プラットフォームを提供する最初の内在的な磁気トポロジー絶縁体である。
しかし、本質的な構造欠陥はバルク導電性をもたらし、磁気欠陥の役割は未だ不明である。
同じ種類の磁気欠陥の濃度が高いため、等構造化合物MnSb$_2$Te$_4$は、磁気、トポロジー、格子欠陥間の関係を体系的に研究するためのより良いモデルシステムである。
本研究はMnSb$_2$Te$_4$において反サイト欠陥が磁気および電子構造に与える影響について検討した。
Mn-Sbサイト混合は複雑な磁性構造をもたらし、反強磁性と強磁性の層間磁気結合をチューニングする。
MnSb$_2$Te$_4$結晶の詳細な非化学量とサイト混合は成長パラメータに依存するため、Sbが占めるMnサイトの$\approx$40\%と、成長結晶中のMnによるSbサイトの$\approx$15\%となる。
単結晶中性子回折と電子顕微鏡による研究は、アンチサイト欠陥のほとんどランダムな分布を示している。
バンド構造計算は、Mn-Sbサイト混合はFM層間結合が実験観測と一致しているが、非自明なトポロジーに必要なバンド反転に寄与することが示唆されている。
以上の結果から, mnbi$_2$te$_4$でbiサイト上に存在するmnイオンの長距離磁気秩序が示唆された。
サイト混合の効果は、mnte(bi$_2$te$_3$)$_n$の族全体、そのsbアナログとその固体溶液を含む、交互に磁性層と位相層からなる全ての層状ヘテロ構造において考慮されるべきである。
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