Семинар «Последние достижения в области физики и материаловедения магнитных топологических изоляторов»
26 января 2023 года состоялся семинар НУЛ «Квантовой наноэлектроники». С докладом на тему «Последние достижения в области физики и материаловедения магнитных топологических изоляторов» выступил главный научный сотрудник Департамента электронной инженерии МИЭМ, профессор Международного физического центра Доностии (Испания) Евгений Владимирович Чулков. Доклад был осуществлён в Zoom.
О природе топологических изоляторов и проектировании новых соединений, относящихся к этому классу, проф. Чулков рассказал в прошлой лекции, состоявшейся 15 декабря 2022 года.
В новой лекции главной темой были т.н. магнитные топологические изоляторы. В частности, такие соединения могут быть получены легированием известного топологического изолятора Bi2Te3 атомами 3d-элементов переходных металлов, например марганца (а также Cr, Fe, …) с созданием соединений вида Bi2-xMnxTe3 с x=0,2. При этом намагниченность, перпендикулярная поверхности топологического изолятора, вызывает расщепление Дираковского конуса, а намагниченность в плоскости поверхности топологического изолятора производит сдвиг конуса в плоскости. В рамках теории функционала плотности такое легирование может быть описано дополнительным членом Гамильтониана системы, связывающим спин электрона со спином магнитной примеси.
Другим способом получения магнитного топологического изолятора может служить создание гибридных структур с магнитным эффектом близости, например структур типа MnSe/Bi2Se3. Возможна также технология т.н. «магнитного продления» (magnetic extension). В последнем случае ситуация отличается от случая магнитного эффекта близости тем, что поверхностное топологическое состояние переходит в тонкий ферромагнитный верхний слой, что возможно в структурах GeBi2Te4/Bi2Te3, MnBi2Te4/Bi2Te3 и др. Технология магнитного продления топологического изолятора подтверждена экспериментально и является на данный момент наиболее перспективной.
Особый интерес вызывают недавно открытые в группе проф. Чулкова [Otrokov et al., Nature 576, 416 (2019)] антиферромагнитные топологические изоляторы (например, слоистое ван-дер-ваальсово соединение MnBi2Te4). Открытие таких соединений в теории позволяет наблюдать квантованный магнитоэлектрический эффект, исследовать электродинамику аксионоподобных квазичастиц и делает более доступным реализации квантового аномального эффекта Холла и киральных Майорановских фермионов.
Доклад вызвал большой интерес сотрудников, студентов и аспирантов НУЛ «Квантовой наноэлектроники». После доклада состоялось неформальное общение со студентами и аспирантами. Ряд студентов и аспирантов НУЛ КНЭ занимаются исследованием свойств топологических изоляторов и гибридных структур на их основе. Доклад организовывал проф. А.С. Васенко.