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凝聚态物理 > 材料科学

arXiv:2409.00455v1 (cond-mat)
[提交于 2024年8月31日 ]

标题: 键合相互作用可以驱动锌格化合物反铁磁绝缘体中的拓扑相变

标题: Bonding Interactions Can Drive Topological Phase Transitions in a Zintl Antiferromagnetic Insulator

Authors:Tanya Berry, Jaime M. Moya, David Smiadak, Scott B. Lee, Sigalit Aharon, Alexandra Zevalkink, Tyrel M. McQueen, Leslie M. Schoop
摘要: While $\sim$30% of materials are reported to be topological, topological insulators are rare. Magnetic topological insulators (MTI) are even harder to find. Identifying crystallographic features that can host the coexistence of a topological insulating phase with magnetic order is vital for finding intrinsic MTI materials. Thus far, most materials that are investigated for the determination of an MTI are some combination of known topological insulators with a magnetic ion such as MnBi$_2$Te$_4$. 受近期 EuIn$_{2}$As$_{2}$成功的启发,我们研究了通过 Ga 取代在拓扑平凡绝缘体 Eu$_5$In$_2$Sb$_6$中化学压力的作用。 Eu$_5$Ga$_2$Sb$_6$被预测为拓扑材料,但合成上难以稳定。 我们通过理论研究探讨了 Eu$_5$In$_2$Sb$_6$和 Eu$_5$Ga$_2$Sb$_6$之间的中间组态,以探索拓扑相变和能带反转机制。 我们将能带反转机制归因于由于化学压力导致的 In 被 Ga 替代时 Eu-Sb 杂化的变化。 我们还合成了Eu$_{5}$In$_{4/3}$Ga$_{2/3}$Sb$_{6}$(Ga浓度最高)的Eu$_{5}$In$_{2-x}$Ga$_{x}$Sb$_{6}$,并报道了其热力学、磁性、输运和霍尔性质。 总体而言,我们的工作描绘了一种通过能带工程实现MTI的可能性,并解释了Eu基Zintl化合物为何适合磁性与拓扑性的共存。
摘要: While $\sim$30% of materials are reported to be topological, topological insulators are rare. Magnetic topological insulators (MTI) are even harder to find. Identifying crystallographic features that can host the coexistence of a topological insulating phase with magnetic order is vital for finding intrinsic MTI materials. Thus far, most materials that are investigated for the determination of an MTI are some combination of known topological insulators with a magnetic ion such as MnBi$_2$Te$_4$. Motivated by the recent success of EuIn$_{2}$As$_{2}$, we investigate the role of chemical pressure on topologically trivial insulator, Eu$_5$In$_2$Sb$_6$ via Ga substitution. Eu$_5$Ga$_2$Sb$_6$ is predicted to be topological but is synthetically difficult to stabilize. We look into the intermediate compositions between Eu$_5$In$_2$Sb$_6$ and Eu$_5$Ga$_2$Sb$_6$ through theoretical works to explore a topological phase transition and band inversion mechanism. We attribute the band inversion mechanism to changes in Eu-Sb hybridization as Ga is substituted for In due to chemical pressure. We also synthesize Eu$_{5}$In$_{4/3}$Ga$_{2/3}$Sb$_{6}$, the highest Ga concentration in Eu$_{5}$In$_{2-x}$Ga$_{x}$Sb$_{6}$, and report the thermodynamic, magnetic, transport, and Hall properties. Overall, our work paints a picture of a possible MTI via band engineering and explains why Eu-based Zintl compounds are suitable for the co-existence of magnetism and topology.
主题: 材料科学 (cond-mat.mtrl-sci) ; 强关联电子 (cond-mat.str-el)
引用方式: arXiv:2409.00455 [cond-mat.mtrl-sci]
  (或者 arXiv:2409.00455v1 [cond-mat.mtrl-sci] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2409.00455
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

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来自: Tanya Berry [查看电子邮件]
[v1] 星期六, 2024 年 8 月 31 日 13:25:17 UTC (19,255 KB)
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