Magnitnye topologicheskie splavy na osnove dirakovskogo polumetalla Cd3As2: legirovanie atomami Cr, Mn i Fe

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

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.

References

  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).

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Российская академия наук

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).