ИСТИНА

Проект посвящен выявлению механизмов спинового упорядочения и их взаимосвязи с особенностями электронного спектра в магнитных полупроводниковых материалах и структурах нового поколения – так называемых «магнитных топологических изоляторах». В настоящее время этим термином (“magnetic topological insulators” в англоязычной литературе) принято обозначать целый ряд весьма различных систем, которые, однако, все являются разновидностью более широкой группы материалов - топологических изоляторов. В проекте речь идет, прежде всего, о некоторых объемных разбавленных сплавах узкощелевых немагнитных полупроводников IV-VI групп (SnTe), V-VI групп (Bi2Se3, Bi2Te3) и III-V-VI групп (TlSbTe2, TlBiTe2) Периодической таблицы элементов с немагнитными (V) и магнитными (Mn,Fe,Cr) 3d-металлами. Кроме того, рассматриваются хемосорбированные (суб)монослои магнитных 3d-металлов на поверхности топологических изоляторов, а также гибридные слоистые структуры, содержащие в той или иной комбинации слои топологического изолятора и «нормальных» магнитных полупроводников. Все указанные системы обладают особенностями электронной структуры, связанными с сильным спин-орбитальным взаимодействием. Конкретно, в электронном спектре имеет место так называемая «инверсия электронных термов» и наличие ненулевых Z2 инвариантов в некоторых характеристических точках зоны Бриллюэна. Эти особенности ярко проявляются в нетривиальных квантовых явлениях на поверхности магнитного топологического изолятора или на интерфейсе топологического изолятора с «нормальным» магнитным полупроводником (например, квантовый аномальный эффект Холла, квантовый магнитоэлектрический эффект и.т.д.). В проекте будет проведен расчет зонной структуры, построена теоретическая модель магнитного упорядочения и эффектов магнитной близости в магнитных топологических изоляторах различных типов, проанализировано поведение магнитных и транспортных характеристик этих материалов в широком диапазоне составов и температур.

Построена модель магнетизма в гибридных структурах магнитных топологических изоляторов, содержащих интерфейсы топологический изолятор (ТИ) / магнитный нормальный изолятор (НИ). Выявлен механизм эффекта магнитной близости в магнитных топологических изоляторах на примере модели ферромагнитного плоского дефекта (ФМ дельта-слоя) в матрице немагнитного ТИ, рассчитано распределение зарядовой и спиновой плотности вблизи дельта слоя. В рамках эффективного функционала рассчитано распределение зарядовой и спиновой плотности вблизи интерфейса, найдены спектр и волновые функции интерфейсных состояний. Проведены расчеты для конкретных структур, содержащих интерфейсы ТИ с ферромагнитными и антиферромагнитными НИ типа Bi2Se3/EuS и Bi2Se3/MnSe. Bi2-хMnхTe3 с различным содержанием Mn. Рассчитано влияние разницы работ выхода и искривления зон на спектр и структуру поверхностных состояний в ТИ с тонким покрывающим слоем НИ. Проведены вычисления методом функционала электронной плотности для структур [GeBi2Te4]1SL/Bi2Te2S [Sb2Te2S]1QL/Sb2Te2Se [Bi2Te2S]1QL/GeBi2Te4. Рассчитано влияние интерфейсного потенциала на магнитные и транспортные характеристики структур, содержащих тонкие слои ТИ различных типов. Построена теория квантового спинового эффекта Холла (КСЭХ) в структурах ТИ/НИ, рассчитано влияние толщины ТИ и величины интерфейсного потенциала на возникновение режима КСЭХ, определены области существования нормальной и спин-холловской фаз, выявлены критерии фазового перехода и пределы применимости модели.