В рамках работ по проекту в 2023 году можно выделить следующие наиболее важные результаты:
Теоретическое изучение особенностей электронной и спиновой структуры новых магнитных топологических изоляторов различного состава

Теоретическое исследование ван-дер-ваальсового топологического изолятора с высоким числом Черна – гетероструктуры MnBi2Te4/hBN для реализации квантового аномального эффекта Холла
Проведено теоретическое исследование многослойной ван-дер-ваальсовой гетероструктуры, представляющей собой чередующиеся тонкие пленки изолятора Черна MnBi2Te4 (MBT), между которыми помещены монослои гексагонального нитрида бора hBN. Последний препятствует взаимодействию тонких пленок друг с другом.
MnBi2Te4 кристаллизуется в тригональной R¯3m структуре, представленной семислойными блоками Te-Bi-Te-Mn-Te-Bi-Te (SL), связанных между собой силами Ван-дер-Ваальса. Ниже температуры Нееля (TN=25K) MnBi2Te4 демонстрирует антиферромагнитное (АФМ) упорядочение чередующихся ферромагнитных (ФМ) слоев Mn с локальными магнитными моментами ориентированными перпендикулярно плоскости поверхности.
Были рассмотрены структурные, магнитные и электронные свойства системы MBT/hBN, состоящей из пленки MnBi2Te4 толщиной в 2 SL и монослоя hBN с целью выявления влияния монослоя hBN на свойства MnBi2Te4. Базальные плоскости MnBi2Te4 и hBN симметрично совместимы, а рассогласование параметров решеток не превышает 0.6% в конфигурации MBT(1x1)/hBN(√3x√3). Посредством расчетов полных энергий оптимизированных MBT2SL/hBN для четырех конфигураций была определена геометрию адсорбции hBN (которая использовалась в последующих расчетах). Энергии рассчитывались для ФМ и АФМ межслоевых спиновых конфигураций MBT2SL в предположении, что магнитные моменты направлены перпендикулярно плоскости слоя, чтобы определить влияние hBN на межслоевую обменную связь. Установлено, что АФМ спиновая конфигурация выгоднее ФМ как минимум на 1 мэВ (на 2 атома Mn). Большая величина dMBT2SL-hBN (3.5-3.6 Å) и схожие величины разностей энергий ФМ и АФМ конфигураций для MBT2SL/hBN и MBT2SL указывают на ван-дер-ваальсову связь между MnBi2Te4 и hBN.
Далее исследовалось влияние hBN на электронную структуру и топологию MBT2SL. Рассматривалось ФМ межслоевое упорядочение, для которого известно, что MBT2SL будет иметь число Черна C = 1 (в экспериментах ФМ упорядочение в MBT достигается за счет приложения внешнего магнитного поля). Сравнение зонной структуры MBT2SL/hBN и чистого MBT2SL выявило их значительное сходство вблизи уровня Ферми, а также очень близкие значения величин запрещенных щелей (63.5 и 62.7 мэВ соответственно). Это объясняется тем, что состояния hBN лежат значительно выше и ниже энергии Ферми. Зависимости аномальной холловской проводимости Sxy(EF) от уровня Ферми MBT2SL/hBN и MBT2SL также очень хорошо согласуются: в обоих случаях Sxy постоянна внутри запрещенной зоны и равна одному кванту проводимости e2/h, что указывает на реализацию состояния черновского изолятора с C = 1. Соответственно, краевая спектральная функция MBT2SL/hBN имеет одну киральную краевую моду, пересекающую запрещенную зону, аналогично MBT2SL. Расчет числа Черна для MBT2SL/hBN также дает C = 1, а знак зависит от направления намагничивания. Расчеты также показывают, что присутствие hBN не влияет на внутрислоевой магнитный порядок и магнитную анизотропию MnBi2Te4. Нечувствительность магнитных, электронных и топологических свойств MnBi2Te4 к hBN должна наблюдаться и для более толстых пленок MnBi2Te4 из-за ван-дер-ваальсовой природы связи.
Были проведены исследования топологических свойств многослойных гетероструктур MBT/hBN. Отметим, что в экспериментах состояние черновского изолятора в форсированной ФМ фазе, достигнутое за счет приложения внешнего магнитного поля, наблюдалось в тонких пленках MnBi2Te4, состоящих как из четного, так и из нечетного числа SL. Известно, что минимальная толщина пленки MnBi2Te4, необходимая для реализация состояния с C = 1, составляет 2 SL блока. Поэтому были рассмотрены гетероструктуры nMBT2SL/hBN (n > 1) в которых n пленок MBT2SL прослоены (n - 1) монослоями hBN. В расчетах предполагалось, что все пленки MBT2SL являются ферромагнетиками с магнитными моментами, ориентированными в направлении +z внешним магнитным полем. Расчет зонной структуры вблизи уровня Ферми и соответствующих Sxy(EF) для гетероструктур nMBT2SL/hBN с n = 2, 3, 4 и 5 показал, что зонные структуры в основном соответствуют структуре свободностоящего MBT2SL. На соответствующих зависимостях Sxy(EF) наблюдаются плато в щели, число которых равно n, что предполагает состояние C = n в соответствующих системах. Для краевых спектральных функций наблюдается соответствующее число краевых мод. Аналогичная ситуация должна наблюдаться и для гетероструктур с большим числом n.
Известно, что в тонких пленках, состоящих из нечетного числа SL MnBi2Te4 реализуется собственный квантовый аномальный эффект Холла с числом Черна C = 1. Поэтому далее были рассмотрены гетероструктуры MBT/hBN на основе максимально тонкой пленки MBT с нечетным числом SL, то есть MBT3SL. Поскольку целью исследования является обнаружение состояния с высоким числом Черна, реализуемого в отсутствие внешнего магнитного поля, была исследована межслоевое обменное взаимодействие между локальными моментами Mn через монослой hBN. Расчеты полной энергии показывают, что АФМ конфигурация на ~ 0.03 мэВ (на 2 атома Mn) ниже по энергии, чем ФМ конфигурация. Слабость межслоевой обменной связи через hBN делает затруднительным определение ее знака с помощью теории функционала плотности, поэтому его необходимо определять экспериментально. Если ФМ связь через hBN будет наблюдаться экспериментально, то будет наблюдаться состояние с высоким числом Черна C. Однако даже если в эксперименте будет установлена АФМ связь через hBN, метамагнитное состояние с высоким числом Черна C в отсутствие магнитного поля может быть реализовано путем приложения внешнего магнитного поля и постепенным уменьшением магнитного поля до нуля. В этом случае суммарная намагниченность семислойных блоков останется параллельной друг другу, даже если обменная связь через hBN будет АФМ, поскольку энергетический барьер из-за анизотропии предотвращает релаксацию намагниченности в немного более выгодную АФМ конфигурацию через hBN. Подобное метамагнитное состояние экспериментально наблюдалось в объемных MnBi4Te7 и MnBi6Te10, где энергия магнитной анизотропии превышает разницу в энергии между ФМ и АФМ связью также, как и в рассматриваемой гетероструктуре. Таким образом, можно утверждать о возможности реализации квантового аномального эффекта Холла с высоким числом Черна в системах nMBT3SL/hBN (n > 1). Аналогичные результаты следует ожидать для мультислоев MBT/hBN на основе пленок MBT5SL и MBT7SL.
Результаты работы по проекту в данном направлении опубликованы в статье [1]:
Bosnar M., Vyazovskaya A. Yu., Petrov E. K., Chulkov E. V., Otrokov M. M. High Chern number van der Waals magnetic topological multilayers MnBi2Te4/hBN // npj 2D Materials and Applications. – 2023. – Vol. 7, – N. 33. Impact Factor = 9.7, квартиль Q1
https://doi.org/10.1038/s41699-023-00396-y

Проведены исследования потенциального магнитного топологического изолятора – сверхрешетки TlGdTe2/TlBiTe2 на основе таллий-содержащих дихалькогенидов гадолиния

Были рассмотрены магнетизм и электронная структура таллий-содержащих дихалькогенидов гадолиния TlGdY2 (Y = Se, Te) и сверхрешеток TlGdTe2/TlBiTe2 на их основе. Соединения TlGdY2 кристаллизуются в структуре α-NaFeO2 (пространственная группа R¯3m), в которой чередование гексагональных слоев образует последовательность, подобную той, что наблюдается в материалах с гранецентрированной кубической структурой (ABCABC), со слоями катионов Tl+ и X3+, разделенными слоями анионов Y2-: -Tl-Y-X-Y-Tl-Y-X-Y-.
Посредством расчета полных энергий установлено, что для соединений TlGdSe2 и TlGdTe2 внутрислоевое неколлинеарное 〖120〗^∘ антиферромагнитное упорядочение энергетически более выгодно, чем ферромагнитное, что свидетельствует об антиферромагнитном взаимодействии между ближайшими соседями в слое Gd. Межслоевое обменное взаимодействие также оказывается антиферромагнитным, хотя и значительно более слабым, что связано с большим расстоянием между атомами Gd из соседних слоев. Расчеты электронной структуры для неколлинеарного антиферромагнитного состояния с включением в рассмотрение спин-орбитального взаимодействия показывают, что оба соединения TlGdY2 демонстрируют щелевые спектры непрямого типа, а размеры щелей составляют 1.26 эВ и 0.56 эВ соответственно. Анализ орбитального состава состояний, образующих края запрещенной щели, а также расчеты плотности состояний, выполненные при различных значениях константы спин-орбитального взаимодействия, указывают на отсутствие инвертации запрещенной щели за счет спин-орбитального взаимодействия. Таким образом, можно заключить, что TlGdY2 (Y=Se,Te) являются топологически тривиальными антиферромагнитными полупроводниками.
Учитывая относительно небольшое рассогласование параметров решеток TlGdTe2 и немагнитного топологического изолятора TlBiTe2 (Δ a ~ 2 %), а также сходство их атомного состава и одинаковую R¯3m кристаллическую структуру, были рассмотрены объемные сверхрешетки типа TlGdTe2/(TlBiTe2)n с n=1 и 2. Их структура представляет собой чередование четырехслойника -Tl-Te-Gd-Te- с одним (n=1) или двумя (n=2) четырехслойниками -Tl-Te-Bi-Te-. Соединение TlGdTe2 было выбрано потому, что оно имеет меньшую объемную запрещенную щель (чем TlGdSe2), которую легче инвертировать за счет сильного спин-орбитального взаимодействия, обусловленного наличием атомов Bi в сверхрешетках. Посредством расчета полной энергии трех спиновых конфигураций (ферромагнитной межслоевой, антиферромагнитной межслоевой и неколлинеарной антиферромагнитной) установлено, что для сверхрешеток TlGdTe2/(TlBiTe2)n (n=1, 2), аналогично чистому TlGdTe2, внутрислоевое неколлинеарное 〖120〗^∘ антиферромагнитное упорядочение энергетически более выгодно как для n=1, так и для n=2, а межслоевое обменное взаимодействие также оказывается антиферромагнитным, хотя и значительно ослабевает при увеличении n. Далее была рассмотрена электронная структура сверхрешеток TlGdTe2/(TlBiTe2)n в неколлинеарном антиферромагнитном состоянии. Cверхрешетки демонстрируют прямые запрещенные щели, размеры которых значительно меньше, чем в исходном соединении TlGdTe2. Для подтверждения наличия инверсии запрещенной щели, были проведены расчеты при различных значениях константы спин-орбитального взаимодействия λ. Результаты показывают, что запрещенная щель действительно инвертирована вокруг точки A, что указывает на возможность реализации состояния магнитного топологического изолятора в обеих сверхрешетках TlGdTe2/(TlBiTe2)n.
Выше критической точки такие системы являются трехмерными парамагнитными топологическими изоляторами, на что указывает расчет Z2 инварианта (Z2 = 1). В предположении, что магнитный порядок может быть изменен посредством приложения внешнего магнитного поля на ферромагнитный с вектором намагниченности, перпендикулярным плоскости магнитного слоя, была рассмотрена ферромагнитная фаза данных сверхрешеток. Установлено, что в этом случае данные системы являются топологическими изоляторами высокого порядка (Z4 = 2).
Результаты работы по проекту в данном направлении опубликованы в статье [2]:
Vyazovskaya A. Yu., Petrov E. K., Koroteev Yu. M., Bosnar M., Silkin I. V., Chulkov E. V. and Otrokov M. M. Superlattices of Gadolinium and Bismuth Based Thallium Dichalcogenides as Potential Magnetic Topological Insulators // Nanomaterials. – 2023. – Vol. 13(1). – N. 38. Impact Factor = 5.3, квартиль Q1
https://doi.org/10.3390/nano13010038

Теоретическое исследование эффекта доменных стенок в магнитных топологических изоляторах и системах Рашбы на электронную и магнитную структуру: появление новых классов электронных состояний, что может приводить к одномерной сверхпроводимости и качественно новым квантовым транспортным явлениям
В работе исследована электронная структура интерфейса BiTeI/MnBi2Te4 между антиферромагнитным топологическим изолятором MnBi2Te4 (подложка) и полярным полупроводниковым трехслойником BiTeI (адсорбат). Значительная разница проявляется в электронных свойствах разных контактов между подложкой и верхним слоем. Интерфейс Te¬Te образуется как естественное продолжение подложки, в нем состояния конуса Дирака располагаются преимущественно в области трехслойника и претерпевают небольшое обменное расщепление, тогда как контакт Te-I является источником четырехзонного состояния состоящего из конуса Дирака (подложка) и состояний типа Рашбы (трехслойник). Благодаря магнитной близости пара крамерсовских вырождений для этого состояния снимается, что приводит к холловскому отклику в транспортном режиме.
В случае интерфейса Te-Te гетероструктуры MBT/BTI эффект наличия оверслоя вызывает пространственное смещение обменно-расщепленного конуса Дирака в область BiTeI и уменьшение размера обменной щели по отношению к чистой поверхности MBT (рис. 1 а). В результате поверхностный конус Дирака в основном располагается внутри полярного слоя, несмотря на то, что спиновое расщепление типа Рашбы является спектральной особенностью соединения BiTeI. Таким образом, нанесение тройного слоя BiTeI на поверхность MnBi2Te4 может стать путем манипулирования размером обменной щели конуса Дирака.
Среди рассмотренных типов контакта поверхностей в интерфейсе MBT/BTI случай Te-I выделяется образованием четырехзонного состояния, индуцированного связью состояний типа Рашбы и линейным конусом Дирака. Из-за магнитной природы подложки это состояние претерпевает значительное обменное расщепление, что обеспечивает вклад собственной холловской проводимости за счет нарушения симметрии обращения времени. При этом наблюдаемая проводимость не квантована из-за ненулевой плотности состояний в соответствующей области энергий.
Описанные свойства четырехзонного состояния напоминают свойства широко изученного обменно-расщепленного состояния типа Рашбы, которое является полезной моделью для изучения фундаментальных аспектов аномальной холловской проводимости. Благодаря сильному вкладу спин-орбитального взаимодействия в BiTeI может возникнуть спиновое взаимодействие Дзялошинского-Мория, обеспечивающее образование скирмионов и магнитных доменных стенок, что открывает путь для манипулирования спиновым моментом электронов на основе недавно предложенный эффект киральной орбитальной намагниченности. Другим типом связанных фотоэлектрических и оптических эффектов в предлагаемой системе являются фототок при нулевом напряжении и топологический эффект Керра. Отметим, что рассматриваемое четырехзонное состояние может быть более выгодным по сравнению с состоянием типа Рашбы благодаря наличию двух широких энергетических областей с вкладом холловской проводимости. В результате уровень Ферми можно легко закрепить в этой области энергии посредством легирования поверхности.
Результаты работы по проекту в данном направлении опубликованы в статье [3]:
Zaitsev N. L., Rusinov I. P., Menshchikova T. V., and Chulkov E. V. Interplay between exchange-split Dirac and Rashba-type surface states at the MnBi2Te4/BiTeI interface // Physical Review B. – 2023. – Vol. 107. – P. 045402. Impact Factor = 3.7, квартиль Q1
https://doi.org/10.1103/PhysRevB.107.045402

Экспериментальное и теоретическое исследование электронной и спиновой структуры, а также магнитных свойств магнитных топологических изоляторов семейства MnBi2Te4+n(Bi2Te3) и при замещении атомов Mn на атомы другого сорта
Экспериментальное и теоретическое исследование системы на основе топологических изоляторов со стехиометрией Mn1-xGexBi2Te4 при изменении концентрации x
В рамках работы по проекту было проведено комплексное экспериментальное и теоретическое исследование системы на основе топологических изоляторов со стехиометрией Mn1-xGexBi2Te4 при изменении концентрации x.
В данной работе проводилось исследование эффекта магнитного разбавления в собственном топологическом изоляторе MnBi2Te4. Экспериментально (методом фотоэлектронной спектроскопии с угловым разрешением) и теоретически (методом теории функционала плотности) было исследовано влияние увеличения концентрации Ge на электронную структуру соединения Mn1-xGexBi2Te4.
Результаты показали возможность эффективной модификации электронной структуры поверхности, которая проявляется в уменьшении объемной щели в точке Дирака. Ее монотонное уменьшение наблюдается для концентраций вплоть до 50-60%, что соответствует экспериментальным исследованиям. При более высоких концентрациях Ge электронная структура поверхности напоминают электронную структуру GeBi2Te4. На основании теоретических расчетов была показана возможность возникновения топологического фазового перехода (ТФП) при концентрациях Ge между 25 и 50%. В качестве признака ТФП рассматривается изменение орбитального состава краев объемной зоны (т.е. инверсия состояний Te pz и Bi pz), а также изменение локализации топологических поверхностных состояний. Результаты наших расчетов позволяют сделать убедительные выводы о влиянии Ge на электронную структуру Mn1-xGexBi2Te4.
Результаты работы по проекту в данном направлении опубликованы в статье [4]:
Estyunina T. P., Shikin A. M., Estyunin D. A., Eryzhenkov A. V., Klimovskikh I. I., Bokai K. A., Golyashov V. A., Kokh K. A., Tereshchenko O. E., Kumar S., Shimada K., Tarasov A. V. Evolution of Mn1-xGexBi2Te4 electronic structure under variation of Ge content // Nanomaterials. – 2023. – Vol. 13(14). – N. 2151. Impact Factor = 5.3, квартиль Q1
https://doi.org/10.3390/nano13142151

Изучение объёмной и поверхностной электронной структуры SnBi2Te4, в том числе с учётом разупорядочения Sn-Bi
Особый интерес в современных исследованиях представляют топологические изоляторы, у которых уровень Ферми находится в объемной щели и пересекает только топологическое поверхностное состояние (конус Дирака). В последние десятилетие тщательно исследовались возможности тонкой настройки химического состава топологических изоляторов с целью контроля положения уровня Ферми относительно состояния поверхности Дирака. На примере кристалла SnBi2Te4 мы даем характеристику его электронной структуры с помощью фотоэмиссионной спектроскопии с угловым разрешением и расчетов из первых принципов. Мы показываем, что при удалении от центра зоны Бриллюэна объемные зонные состояния энергетически перекрываются с конусом Дирака на уровне Ферми, обеспечивая тем самым нежелательный, а также скрытый вклад в транспортные свойства материала. Кроме того, сравнение экспериментальных результатов зонной структуры с современным моделированием, реализованным с учетом количества дефектов, приводит к полезному пониманию существующих ограничений в описании этого материала.
Расчеты электронной структуры проводились с использованием метода проекционных присоединенных волн, реализованного в пакете VASP. Обменно-корреляционные эффекты учитывались с использованием обобщенного градиентного приближения (GGA-PBE). Спин-орбитальное взаимодействие рассматривалось с использованием метода второй вариации. Для точного описания взаимодействия Ван-дер-Ваальса использовался метод DFT-D3. В дополнение к GGA-PBE, использованному в более ранних расчетах, мы применяли также полулокальный модифицированный обменный потенциал Бекке-Джонсона (mBJ) для объемного SnBi2Te4. Для расчета поверхностной зонной структуры мы используем метод DFT-1/2с частично (четвертичным) ионизованным потенциалом теллура в качестве альтернативы подходу mBJ, который расходится для поверхностных расчетов. Прежде чем использовать метод DFT-1/2 для расчета поверхности, мы сравнили его результаты для объема со спектрами mBJ. Для рассмотрения перемешивания Sn-Bi мы использовали приближение виртуального кристалла (VCA), где усредненный потенциал виртуального атома, занимающего узел в подрешетке Sn/Bi, определяется как смесь псевдопотенциалов Sn и Bi. Как установлено измерениями СТМ, в образце имеет место смешение Sn-Bi на уровне 10–12%. Для моделирования этого перемешивания мы построили псевдопотенциалы VCA Sn0.88Bi0.12 и Bi0.94Sn0.06, которые обеспечивают средний коэффициент смешивания 12% в объемной решетке SnBi2Te4.
В отличие от ранних GGA расчётов, предсказывавших непрямую щель ≈20 мэВ, в metaGGA и DFT-1/2 непрямая щель в три раза больше (≈60 мэВ), что хорошо согласуется со значением, оцененном из фотоэмиссионных измерений (≈50 мэВ). Во всех проведённых расчётах инверсия зоны, определяющая нетривиальную топологию электронной структуры соединения, происходит в точке Z объёмной зоны Бриллюэна, что видно из смены знака произведения четностей занятых состояний при включении спин-орбитального взаимодействия. Декомпозиция проекции объёмной валентной зоны в направлении ГМ на различные вклады kz показала, что для каждого kz верхняя зона имеет два максимума. В частности, при −0.5 < kz < 0 они находятся при kx ≈ 0.25 и kx ≈ 0.50 Å−1. Второй максимум можно отнести к яркому пику, видимому в экспериментах ARPES при kx ≈ 0.50 Å−1 и энергии фотонов 20 и 55 эВ, тогда как первый, который вносит вклад в абсолютный максимум валентной зоны в расчетах, виден при энергии фотонов 16 эВ. В то же время максимумы как при 0.25, так и 0.50 Å−1 в данных ARPES лежат при энергии связи около 200 мэВ. На первый взгляд, между расчетной и экспериментальной зонной структурой нет большого согласия. Причина может быть как в том, что в выращенном кристалле имеется перемешивание на подрешетках Sn и Bi, так и в том, что ARPES не фиксирует вершину валентной зоны при kx ≈ 0.25 Å−1, где измеренная интенсивность значительно ниже, чем для kx ≈ 0.50 Å−1. Поскольку второй максимум в расчетном спектре при kx ≈ 0.50 Å−1, обнаруженный при kz = −0.4, лежит при −100 мэВ и с учетом n-допирования в образце около 100 мэВ, можно заключить, что положение максимума валентной зоны при kx ≈ 0.50 Å−1 хорошо согласуется с ARPES.
Разупорядочение на Sn-Bi подрешётках приводит к смещению топологического поверхностного состояния вниз к валентной зоне, так что точка Дирака располагается на краю объемного континуума, что согласуется с экспериментальными результатами. Кроме того, дисперсия топологического состояния поверхности меняется от линейной в окрестности точки Дирака (для идеальной атомной структуры) к нелинейной и отличается от экспериментальной дисперсии. Такое изменение дисперсии состояний Дирака в основном связано со структурными релаксациями внутри ван-дер-ваальсового блока. Если этими релаксациями пренебречь, т. е. при расчете SnBi2Te4 с 12% Sn-Bi перемешиванием, то в поверхностном спектре наблюдается почти линейная дираковская дисперсия.
Результаты работы по проекту в данном направлении опубликованы в статье [5]:
Eremeev S. V., De Luca O., Sheverdyaeva P. M., Ferrari L., Matetskiy A. V., Di Santo G., Petaccia L., Crovara C., Caruso T., Papagno M., Agostino R. G., Aliev Z. S., Moras P., Carbone C., Chulkov E. V., Pacilè D. Energy-overlap of the Dirac surface state with bulk bands in SnBi2Te4 // Physical Review Materials. – 2023. – Vol. 7. – P. 014203. Impact Factor = 3.4, квартиль Q1
https://doi.org/10.1103/PhysRevMaterials.7.014203

Изучение топологических фазовых переходов в системе (Mn1-xSnx)Bi2Te4
Антиферромагнитное упорядочение, которое демонстрирует MnBi2Te4, делает эту систему инвариантной по отношению к комбинации симметрий обращения времени и трансляции примитивной ячейки, что обусловливает его топологически нетривиальную природу и ряд фундаментальных свойств. В то же время возможность управления электронными и магнитными свойствами этой системы может обеспечить новые эффективные способы ее применения в устройствах. Одним из подходов к манипулированию свойствами MnBi2Te4 является частичная замена магнитных атомов в соединении атомами немагнитных элементов, которые неизбежно влияют на взаимодействие магнетизма и топологии зон в системе.
В данной работе мы провели теоретическое моделирование изменений электронной структуры, которые происходят в результате увеличения концентрации атомов Sn в положениях Mn в соединении (Mn1-xSnx)Bi2Te4. При этом расчеты были проведены, как с использованием метода Корринга–Кона–Ростокера (KKР), так и с использованием широко распространенного подхода создания суперячеек с примесью в методах DFT. В результате было показано, что оба подхода демонстрируют нелинейную зависимость ширины запрещенной зоны от содержания Sn в положениях Mn, которая характеризуется плато с нулевой энергетической щелью при некоторых значениях концентрации Sn.
Данные наблюдения свидетельствуют о возможности наличия топологических фазовых переходов в системе (Mn1-xSnx)Bi2Te4, происходящих при изменении значения параметра x.
Результаты работы по проекту в данном направлении опубликованы в статье [6]:
Tarasov A. V., Makarova T. P., Estyunin D. A., Eryzhenkov A. V., Klimovskikh I. I., Golyashov V. A., Kokh K. A., Tereshchenko O. E., Shikin A. M. Topological Phase Transitions Driven by Sn Doping in (Mn1−xSnx)Bi2Te4 // Symmetry. – 2023. – Vol. 15. – N. 2. – P. 469. Impact Factor = 2.7, квартиль Q2
https://doi.org/10.3390/sym15020469

Связанные состояния короткодействующего дефекта на поверхности собственного антиферромагнитного топологического изолятора в неколлинеарной фазе
В настоящее время тема антиферромагнитных топологических изоляторов (АФМ ТИ) и, в частности, прототипных АФМ ТИ семейства MnBi2Te4, является одной из ведущих в физике конденсированного состояния. Прогресс в исследовании явлений квантованной проводимости в АФМ ТИ MnBi2Te4 связан с усилением обменной щели в спектре топологических поверхностных состояний за счёт приложения внешнего магнитного поля и регулирования концентрации дефектов в процессе приготовления образцов. Мы теоретически изучили особенности топологических поверхностных состояний АФМ ТИ, комбинируя эффекты неколлинеарности магнитной текстуры и собственных дефектов.
Используя континуальное приближение, мы установили, что профиль поверхностного состояния существенно меняется под влиянием поверхностного потенциала. Левая панель рисунка иллюстрирует типичное поведение обменной щели с изменением ориентации моментов в двух верхних семислойных блоках, где локализована волновая функция поверхностного состояния. С ростом поля магнитная подсистема одноосного АФМ ТИ трансформируется из равновесной фазы в ФМ фазу, перемещаясь вдоль одной из четырёх оптимальных траекторий (красные линии) и испытывая резкий спин-флоп переход в фазу со скошенной текстурой моментов, где . На правой панели представлена зависимость щели от силы поверхностного потенциала для различных углов отклонения моментов от направления поля. Таким образом, продемонстрировано, что в АФМ ТИ как вариация электростатического поверхностного потенциала, который физически связан с концентрацией собственных антиузельных дефектов, так и переориентация магнитной структуры при приложении внешнего магнитного поля сопровождаются модуляцией величины обменной щели в поверхностном спектре и могут даже вызвать топологический фазовый переход с изменением знака щели.
Моделируя влияние уединённого дефекта как возмущение поверхностного потенциала на конечном масштабе, мы аналитически исследовали формирование связанного состояния и его поведение в зависимости от силы потенциального и обменного рассеяния на дефекте и ширины обменной щели. Показано, что вместе с изменением обменной щели уровень связанного состояния испытывает резкий энергетический сдвиг в окрестности спин-флоп перехода. Описано пространственное распределение огибающей функции связанного состояния.
На основе полученных теоретических результатов мы предлагаем согласованный физический механизм нетривиального поведения энергетического уровня связанного состояния на дефекте в окрестности спин-флоп перехода, что позволяет последовательно объяснить недавние экспериментальные данные по сканирующей туннельной спектроскопии антиузельных дефектов на поверхности прототипного АФМ ТИ MnBi2Te4 во внешнем магнитном поле.
Результаты работы по проекту в данном направлении опубликованы в статье [7]:
Меньшов В.Н., Чулков Е.В. Связанные состояния короткодействующего дефекта на поверхности собственного антиферромагнитного топологического изолятора в неколлинеарной фазе // Письма в ЖЭТФ. – 2023. – Vol. 118. – N. 11. – P. 836-845. Impact Factor = 1.3, квартиль Q2
http://jetpletters.ru/ps/2444/article_35978.shtml

Изучение влияния структурных параметров на особенности электронной структуры топологических поверхностных состояний MnBi2Te4
В рамках работы по проекту нами было проведено теоретическое исследование топологического изолятора MnBi2Te4 с целью изучения влияния структурных особенностей параметров элементарной ячейки на величину энергетической запрещенной зоны (ЭЗЗ).
Для выявления факторов, влияющих на величину ЭЗЗ, в данной работе проведен анализ изменений электронной структуры исследуемого топологического изолятора при вариации величины поверхностного ван-дер-Ваальсова (вдВ) промежутка. Результаты расчетов показали, что при подобных структурных модификациях значение запрещенной зоны может меняться в широком диапазоне от 80–88 мэВ до 4–5 мэВ, что объясняется сильным пространственным перераспределением топологических поверхностных состояний между семислойными блоками MnBi2Te4, имеющими противоположные направления магнитных моментов Mn. Полученные результаты позволяют предположить, что основным параметром, определяющим величину запрещенной зоны, является пространственная локализация топологических поверхностных состояний, на которую могут сильно влиять структурные изменения, происходящие на поверхности кристалла.
Также расчеты для систем с различными структурами показали, что незначительная вариация параметров кристаллической решетки может привести к заметным изменениям в электронной структуре MnBi2Te4.
Результаты работы по проекту в данном направлении опубликованы в статье [8]:
Макарова Т. П. Шикин А. М., Ерыженков А. В., Тарасов А. В. Влияние структурных параметров на особенности электронной структуры топологических поверхностных состояний MnBi2Te4 // ЖЭТФ. – 2023. – Vol. 163. – N. 5. – P. 708-716. Impact Factor = 1.1, квартиль Q3
DOI: 10.31857/S0044451023050097
http://jetp.ras.ru/cgi-bin/r/index/forthcoming/64262?a=list

Исследование поверхностного магнетизма в системах на основе MnBi2Te4 с использованием магнитооптического эффекта Керра.
Магнитные топологические изоляторы (МТИ) MnBi2Te4 и семейства материалов, созданные на его основе, такие как Mn(Bi,Sb)2Te4 и MnBi2Te4(Bi2Te3)m являются многообещающей платформой для реализации уникальных квантовых явлений, благодаря взаимосвязи электронных и магнитных свойств в сочетании с нетривиальной топологией в данных материалах. В последнее время объемные магнитные свойства данных материалов были широко изучены. Однако, магнитные свойства вблизи поверхности могут претерпевать изменения по сравнению с объемными магнитными свойствами. Так, для метамагнетиков, к которым принадлежит соединение MnBi2Te4, характерно послойное перемагничивание во внешнем магнитном поле. Такое поведение связано с уменьшением коэрцитивной силы поверхностного блока. Таким образом, изучение магнитных свойств вблизи поверхности требует дополнительного внимания.
В данной работе было проведено исследование магнитных свойств материалов Mn(Bi,Sb)2Te4 при помощи магнитооптического эффекта Керра (МОЭК). Была исследована зависимость сигнала МОЭК от температуры, отражающая магнитное состояние поверхности изучаемого материала.
Монокристаллы были синтезированы вертикальным методом Бриджмена в ИГМ СО РАН. Измерения магнитных свойств были проведены в ресурсном центре “Центр диагностики функциональных материалов для медицины, фармакологии и наноэлектроники” Научного парка СПбГУ с использованием СКВИД магнитометра. Измерения ФЭСУР и РФЭС проводились в ИФП СО РАН (Новосибирск) на установке SPECS ProvenX-ARPES. Дополнительные измерения РФЭС проводились в РЦ ФМИП СПбГУ на установке ESCALAB 250Xi. Измерение МОЭК проводилось на установке NanoMOKE 2.
В ходе работы были получены спектры ФЭСУР, РФЭС, СКВИД И МОЭК для образцов Mn(Bi,Sb)2Te4. Для материалов Mn(Bi1-xSbx)2Te4 (x = 0.32, 0.43) проведенный анализ показал значение температуры магнитного упорядочения на поверхности около 33 К. Это может быть связано с изменением типа магнитного упорядочения с АФМ на ФМ, за счет увеличения количества дефектов замещения в слоях Bi и Mn.
Результаты работы по проекту в данном направлении опубликованы в статье [9]:
Глазкова Д. А., Естюнин Д. А., Тарасов А. С., Косырев Н. Н., Комаров В. А., Патрин Г. С., Голяшов В. А., Терещенко О. Е., Кох К. А., Королёва А. В., Шикин А. М. Исследование поверхностного магнетизма в системах на основе MnBi2Te4 с использованием магнитооптического эффекта Керра // Кристаллография (Crystallography Reports). – 2024. – N. 1. Принята в печать. Impact factor = 0.7, квартиль Q3

Экспериментальное и теоретическое исследование особенностей электронной и спиновой структуры систем на основе графена, синтезированного на поверхности металлов с сильным спин-орбитальным взаимодействием, в том числе с последующей адсорбцией атомов кислорода.

Исследование спин-поляризованных состояний в электронной структуре графен/Pt(111) и монокристалла Pt(111)
В рамках работ по проекту проведены экспериментальные и теоретические исследования электронной структуры систем Pt(111) и графен/Pt(111). Проведено экспериментальное исследование с использованием метода фотоэлектронной спектроскопии с угловым разрешением (ФЭСУР). Для интерпретации экспериментальных данных, выполнены теоретические расчёты с использованием метода теории функционала плотности (ТФП). В ходе работы, были изучены и применены подходы по модификации электронной структуры графена, приводящие к его функционализации для эффективного применения в устройствах спинтроники.
Работа включала в себя исследование электронной структуры Pt(111) и графен/Pt(111) методами ФЭСУР с проведением последующих расчётов электронной и спиновой структуры систем методом ТФП. Моделирование электронной структуры исследуемой системы было проведено в рамках псевдопотенциального метода с использованием базиса локализованных псевдоатомных орбиталей, реализованного в программном пакете OpenMX.
Проведено сравнение экспериментальных и теоретических результатов наблюдаемых состояний Pt в направлении K ̅Pt – M ̅Pt – K ̅Pt. При наложении расчета спиновой структуры на экспериментальные данные видно хорошее согласование рассчитанных зон с данными ФЭСУР. Более того, ТФП расчёты показывают, что волновые функции состояний локализованы в первых двух слоях поверхности. Однако, вблизи M ̅Pt их локализация смещается в объем, что характерно для поверхностных резонансов.
Аналогичные экспериментальные и теоретические результаты были получены для системы после формирования графена на поверхности Pt(111) в направлении K ̅Pt – M ̅Pt – K ̅Pt. На срезе ФЭСУР карты при kx=1.4 Å-1, как и для чистой системы наблюдаются конусоподобные состояния в точке M ̅Pt вблизи уровня Ферми. Для идентификации этих состояний был проведен ТФП расчёт в аналогичном диапазоне. Результаты показывают, что система Gr/Pt также характеризуется наличием поверхностных платиновых состояний S’3, S11, S12. Наличие этих состояний в данных ФЭСУР становится очевидным при прямом сравнении экспериментальных данных с результатами расчета.
Таким образом, в результате работы обнаружено наличие конусоподобных поверхностных состояний вблизи уровня Ферми в точке М поверхностной зоны Бриллюэна платины для обеих систем. Сравнение экспериментальных и теоретических результатов показало, что данные состояния являются поверхностными спин-поляризованными состояниями платины инертными к пассивации поверхности графеном. Спиновая поляризация конусоподобных состояний дает новые возможности для манипуляции электронной структурой графена и спиновой текстурой вблизи уровня Ферми.
Результаты работы по проекту в данном направлении опубликованы в статье [10]:
Гогина А. А., Рыбкина А. А., Тарасов А. В., Шикин А. М. и Рыбкин А. Г. Спин-поляризованные состояния в электронной структуре Pt(111) и графен/Pt(111) // Кристаллография (Crystallography Reports). – 2024. – N. 1. Принята в печать. Impact factor = 0.7, квартиль Q3

Исследование адсорбции молекулярного кислорода на N-графен
Адсорбция и диссоциация молекулярного кислорода — ключевые процессы в реакциях восстановления на электродах электрохимических источников тока. Легированный азотом графен является перспективным материалом, который способен заменить дорогостоящие катализаторы на основе платины. Азотные центры, встраиваясь в графеновую матрицу, могут формировать различные конфигурации межатомных связей со своим окружением и в зависимости от этого проявлять различную каталитическую активность. Согласно теоретическим исследованиям графитовый азот понижает энергетический барьер диссоциации молекулярного кислорода эффективнее, чем пиридиновый. Однако единое мнение касательно наиболее вероятных позиций адсорбции, которые занимают атомы кислорода после диссоциации молекул, отсутствует. Кроме того, экспериментальные исследования, направленные на выявление наиболее активных центров реакции, также давали противоречивые результаты, что связано с обилием дефектов в изучаемых образцах и/или одновременным присутствием множества различных конфигураций азотных примесей. Влияние данных аспектов нужно было минимизировать выбором подходящей системы для такого рода исследований.
В нашей работе адсорбция молекулярного кислорода изучена на поверхности эпитаксиальной системы N-графен/Au/Ni(111). Эпитаксиальный рост N-графена на поверхности Ni(111) обеспечивает получение графенового слоя высокого кристаллического качества. При этом благодаря особенностям синтеза образец содержит примеси азота исключительно в графитовой и пиридиновой конфигурациях. При помощи рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии обнаружено, что при экспозиции N-графена в молекулярном кислороде значительные изменения химического состава происходят лишь вблизи графитовых примесных центров, и именно данный тип примесей оказывается более предпочтительным центром адсорбции и диссоциации по сравнению с пиридиновым окружением. Анализ химических сдвигов N 1s остовного уровня в соответствии с расчетами в рамках теории функционала плотности позволил определить наиболее вероятные адсорбционные позиции атомов кислорода в области графитового примесного центра.
Результаты работы по проекту в данном направлении опубликованы в статье [11]:
Бокай К.А., Вилков О.Ю., Усачев Д.Ю. Адсорбция молекулярного кислорода на N-графен // Кристаллография (Crystallography Reports). – 2024. – N. 1. Принята в печать. Impact factor = 0.7, квартиль Q3

Синтез и исследование графен-содержащих систем на поверхности полупроводниковой подложки SiC(0001) с последующей дозированной упорядоченной интеркаляцией атомов магнитных металлов.

В рамках проекта были синтезированы системы на основе графена и полупроводниковой подложки SiC с последующей дозированной упорядоченной интеркаляцией магнитных металлов (Fe и Co). Проведены исследования процесса совместной интеркаляции атомов кобальта и железа под буферный слой графена (БСГ), синтезированный на монокристалле карбида кремния SiC(0001). Интеркаляция проводилась посредством поочередного напыления ультратонких пленок металлов Fe и Co на нагретую до 450◦С подложку c последующим прогревом до 600◦С в течение 15 минут. В работе использовались полуизолирующие монокристаллические пластины 6H-SiC(0001) с удельным сопротивлением ro = 10^5 Ом/см. Синтез БСГ контролировался методом дифракции медленных электронов (ДМЭ). Электронная структура, а также распределение элементов по глубине залегания в полученной системе изучалось методом рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (РФЭС). Магнитные свойства системы изучались с помощью сверхпроводящего квантового интерферометра (СКВИД).
Для анализа сформированной системы были проведены РФЭС измерения при различных углах детектирования фотоэлектронов. Анализ спектров проводился путем разложения на спектральные компоненты. Спектр C1s имеет двухкомпонентную форму: компонента с большей энергией связи (285 эВ) соответствует атомам углерода в графене, полученном при разрыве связей между БСГ и подложкой в результате интеркаляции атомов металлов. Компонента с меньшей энергией связи (283.3 эВ) соответствует атомам углерода в подложке SiC. Уровень Si2p представлен в виде разложения на 6 пиков. Два пика, отмеченные темно-зеленым цветом, соответствуют кремнию в подложке SiC, 3 пика, отмеченные светло-зеленым цветом, согласно литературным данным, соответствуют соединениям силицидов металлов, и левый пик при 103.6 эВ соответствует оксиду кремния SiO2. Спектр уровня Fe2p3/2 представлен в виде трех компонент: основной компоненты и сателлитов, характерных для остовных уровней металлов. В то же время спектр Сo2p имеет более сложную структуру. Помимо основной компоненты с самой низкой энергией связи, можно выделить 3 другие компоненты. Серым цветом отмечены компоненты, предположительно, отвечающие за вклад сателлитов. Бирюзовым цветом отмечен Ожэ-пик железа, который находится в этом диапазоне при использовании данной энергии фотонов.
Для определения относительного залегания элементов по глубине был проведен анализ интенсивности спектральных компонент (пиков) РФЭС спектров. Сравнительный анализ отношений интенсивностей (I60/I0), измеренных при касательном угле 60◦ и по нормали к поверхности, позволяет определять относительный порядок залегания элементов в приближении планарности и однородности их распределения. В результате было показано, что верхним слоем в сформированной системе является графен. Под графеном оказываются локализованы силициды железа и кобальта. Стоит отметить, что из полученных данных мы не можем однозначно утверждать о стехиометрии полученных силицидов металлов, поскольку пики уровня Si2p, отвечающие соединениям Co-Si и Fe-Si, находятся близко по энергии связи. Но сравнение с литературными данными показывает, что наиболее вероятно формирование соединений CoSi2 и FeSi. Ниже располагаются металлы Co и Fe. При этом железо является более глубокого лежащим элементом, что согласуется с тем, что железо напылялось перед кобальтом. Самым глубоколежащим элементом в системе является кремний в подложке SiC. Полученные данные подтверждают интеркаляцию атомов Fe и Co под БСГ с формированием монослоя графена и силицида кобальта, силицида железа и, возможно, соединения Fe-Co между графеном и подложкой.
При помощи СКВИД магнитометра было показано наличие магнитного порядка вплоть до комнатной температуры. Стоит отметить, что при интеркаляции только одного из элементов (Fe или Co) под графен на SiC температура магнитного упорядочения не превышала 100К, как сообщается в литературе. Существенное увеличение температуры магнитного упорядочения в полученной нами системе мы связываем с формированием под графеном магнитных ультра-тонких сплавов железа и кобальта (Fe-Co). Свидетельством формирования данных сплавов является широкая (около 200 Э) петля гистерезиса в зависимости M(H) при комнатной температуре. Также было показано, что графен выполняет защитные функции в системе. Так, после экспозиции сформированной системы при атмосферных условиях в ней не наблюдалось формирование оксидов железа и кобальта. Было обнаружено небольшое количество SiO2, появление которого скорее связано с формированием кластеров Si на поверхности графена и дальнейшим окислением.
Предложенный способ формирования графен-содержащей системы со сравнительно высокой температурой магнитного упорядочения может быть использован в ряде научных и практических задач. Например, в исследовании квантового аномального эффекта Холла в графене при повышенных температурах, и, как следствие, в применении его в устройствах спинтроники и наноэлектроники. Также на основе полученной системы может быть изготовлен спиновый транзистор. В нем магнитный сплав может выступать в роли “стока” для генерации спинового тока, а обладающий большой длиной спиновой релаксации графен в качестве среды для последущего трансфера данного тока к “истоку” транзистора.
Результаты данной работы вносят вклад в исследования графена при контакте с магнитными металлами и способствуют его использованию в устройствах спинтроники и наноэлектроники.
Результаты работы по проекту в данном направлении опубликованы в статье [12]:
Фильнов С. О., Естюнин Д. А., Климовских И. И., Макарова Т. П., Королева А. В., Рыбкина А. А., Чумаков Р. Г., Лебедев А. М., Вилков О. Ю., Шикин А. М., Рыбкин А. Г. Cовместная интеркаляция ультратонких пленок Fe и Co под буферный слой графена на монокристалле SiC(0001) // Письма в ЖЭТФ. – 2023. – T. 117. – №. 5. – С. 369-376. Impact Factor = 1.3, квартиль Q2
http://jetpletters.ru/ps/2411/article_35559.shtml

Экспериментальное и теоретическое исследование атомной, электронной и спиновой структуры магнитно-спин-орбитального графена. Изучение роли периодических структурных дислокаций на интерфейсе между графеном и подложкой в формировании поверхностных спин-поляризованных состояний в Г-точке вблизи уровня Ферми. Определение параметров модели сильной связи, обеспечивающих соответствие между теоретической моделью и экспериментальными данными

Экспериментальное и теоретическое исследование ферримагнитного графена. Спектроскопические особенности ферримагнетизма в графене.
В рамках проекта проведены исследования двумерного ферримагнетизма в графене и нижележащем монослое Au методами spin-ARPES и DFT. Была проведена характеризация синтезированной системы Gr/Au/Co(0001)/W(110) экспериментальными методами ARPES и spin-ARPES с использованием синхротронного и лазерного излучений. Измерения показывают наличие диракоподных интерфейсных состояний в Г точке поверхностной зоны Бриллюэна. Согласно спин-разрешенным фотоэмиссионым спектрам данные конические состояния являются спин-поляризованными с проекцией спина такой же, как и у majority-зоны слоя кобальта (намагниченность слоя в плоскости поверхности). Следует отметить наличие сильного линейного дихроизма у данных состояний. Состояния при s-поляризации не удается обнаружить на ARPES картах интенсивности, в то время как при p-поляризации они имеют максимальную интенсивность. Обнаружено, что дихроизм связан непосредственно с направлением намагниченности системы, которая и задается намагниченностью слоя кобальта. В случае если вектор Е падающего фотона параллелен направлению намагниченности слоя кобальта, то диракоподные состояния имеют минимальную, практически нулевую интенсивность, а если перпендикулярен, то максимальную интенсивность.
Расчеты методом DFT подтверждают существование диракоподбных состояний как в системе Au/Co, так и Gr/Au/Co. На вкладках (d) и (e) в области, отмеченной черной прямоугольной рамкой, наблюдаются состояния, которые не обнаруживаются в расчете тонкого слоя кобальта без монослоя золота и графена (сплошные линии на рисунке). Очевидно, что состояния формируются в результате гибридизации d-cостояний кобальта и sp-состояний золота. Несмотря на их локализацию в запрещенной зоне объемного монокристалла Au(111), данные состояния являются поверхностными резонансами в результате их гибридизации с объемными состояниями кобальта. Следует отметить, что они характерны только для ячеек с петлевой дислокацией и ферримагнитным упорядочение в слое Au. Расчет ячейки без дислокации показал их полное отсутствие вблизи уровня Ферми. Таким образом, формирование указанных состояний является подтверждением наличия ферримагнитного упорядочения в слое золота как с графеном, так и без него.
Экспериментальный и теоретические исследования были проведены в Научном парке СПбГУ, центрах синхротронного излучения Гельмгольц-центр Берлин и HiSOR. По результатам работы в данном направлении готовится публикация в журнале Physical Review B.

Определение параметров модели сильной связи магнитно-спин-орбитального графена, обеспечивающих соответствие между теоретической моделью и экспериментальными данными
В данной работе проведены исследования четырёхзонной модели магнитно-спин-орбитального графена. В работе последовательно приводится описание зон графена сначала в присутствии одного из взаимодействий (или спин-орбитального, или магнитного), а затем и обоих взаимодействий сразу. Таким образом демонстрируется непростая физика сложения магнитного и спин-орбитального взаимодействий, приводящая к нетривиальному поведению как самих зон, так и спиновой текстуры материала, а также его топологических свойств.
Важность исследования спиновой текстуры в случае присутствия указанных взаимодействий определяется уникальными экспериментальными результатами, полученными ранее в рамках лаборатории [13,14]. В данных статьях рассматривается система графен/Au/Co, где кобальт, намагниченный вдоль плоскости графена по направлению ГМ, приводит к наблюдению аномального спинового расщепления зон посредством спин-разрешённой фотоэлектронной спектроскопии. Аномальность его состоит в том, что в графене, размещённом на high-Z подложке, как правило не наблюдается долинной асимметрии расщепления. Экспериментальные данные, приведённые в этих статьях, свидетельствуют о том, что расщепления, измеренные в различных долинах в системе графен/Au/Co, значительно отличаются и при этом превосходят по амплитуде все такие значения расщеплений, опубликованные в предыдущих работах на данную тематику.
Простейшая четырёхзонная модель, в которую включена ферримагнитная коллинеарная намагниченность подрешёток в направлении ГМ, хорошо объясняет данное явление, чему в статье уделено основное внимание. Данный результат обобщён на случай произвольного направления намагниченности в плоскости графена, а расчёты двумерных спиновых картин обнаруживают мероноподобные структуры. Данная модель не обнаруживает нетривиальных топологических свойств в том случае, если подрешётки графена намагничены вдоль его плоскости, хотя при этом картины кривизн Берри свидетельствуют об образовании дипольных структур, которые сами по себе являются достаточно интересными объектами исследований. Выведение намагниченности из последней теоретически способно привести такую систему в топологическую фазу, что также продемонстрировано в данной статье в специальном разделе. Возможные при этом для наблюдения топологические фазы могут иметь разный характер относительно точности квантования холловской проводимости: так, если намагниченности подрешёток сонаправлены, то в присутствии взаимодействия Рашбы число Черна является целым числом, равным ±2, а в случае противонаправленности магнитных моментов подрешёток число Черна не является целым числом в силу того, что хотя локальные запрещённые зоны в долинах и могут оставаться достаточно большими, глобальная запрещённая зона в этой конфигурации отсутствует при всех значениях модельных параметров.
Результаты, полученные в статье, объясняют как полученные ранее экспериментальные результаты в области графеновых систем на high-Z подложках, намагниченных вдоль плоскости графена, так и позволяют сформулировать новые предсказания относительно возможности реализации холловских эффектов в таких системах, если вектор намагниченности графена окажется ортогональным его поверхности, путём представления соответствующих топологических фазовых диаграмм.
Результаты работы по проекту в данном направлении опубликованы в статье [15]:
Eryzhenkov A.V., Tarasov A.V., Shikin A.M., Rybkin A.G. Non-Trivial Band Topology Criteria for Magneto-Spin–Orbit Graphene // Symmetry. – 2023. – Vol. 15. – N. 2. – P. 516. Impact Factor = 2.7, квартиль Q2
https://doi.org/10.3390/sym15020516

Экспериментальное и теоретическое исследование электронной и спиновой структуры поверхностных состояний в материалах с сильным спин-орбитальным и магнитообменным взаимодействиями, в частности в материалах класса RT2Si2, где R – редкоземельный, а T – переходный элементы.

Изучение электронной структуры соединения GdRu2Si2 в парамагнитной фазе и в фазе спирального антиферромагнетика
Открытие квадратной решетки магнитного скирмиона в GdRu2Si2 с наименьшим до сих пор найденным размером скирмиона и без геометрически нарушенной решетки привлекло значительное внимание. Мы провели комплексное исследование поверхностной и объемной электронной структуры GdRu2Si2 с использованием измерений фотоэмиссии с разрешением по импульсу (ARPES) и расчетов из первых принципов.
Расчеты электронной структуры проводились в рамках теории функционала плотности с использованием метода проекционных присоединенных волн (PAW), реализованного в коде VASP. Для большинства расчетов обменно-корреляционная энергия рассматривалась в рамках обобщенного градиентного приближения. Потенциал Gd, когда сильно локализованные валентные 4f-электроны рассматриваются как остовные состояния, использовался для немагнитных расчетов. Стандартный потенциал Gd, в котором 4f-электроны рассматриваются как валентные состояния, использовался для спин-поляризованных расчетов магнитных фаз. Чтобы правильно описать высококоррелированные электроны Gd 4f, мы включаем корреляционные эффекты как в гибридный функционал, проверенный HSE06, так и в метод GGA+U. Значения параметров U и J были приняты равными 6.7 эВ и 0.7 эВ соответственно, что дает хорошее согласие с зонной структурой HSE06. Кроме того, мы используем метод DFT-1/2 типа Слейтера с частично (четвертичным) ионизованным кремниевым потенциалом для лучшего описания гибридизации между глубокими орбиталями Gd f и Si pxy. Для моделирования спирального магнитного состояния мы рассматриваем спиновые спирали двумя разными методами. Первый заключается в явном построении спирали в суперячейке с использованием неколлинеарных магнитных моментов в плоскости yz, перпендикулярных вектору распространения спиновой спирали (вдоль направления x), а второй подход заключается в использовании метода спиновой спирали для моделирования спиралей в единичной ячейке с обобщенными условиями Блоха. В первом случае мы используем код BandUP, чтобы развернуть зонную структуру суперячейки на зону Бриллюэна 1 × 1.
Преобладающая плоскость спайности монокристалла GdRu2Si2 находится между атомными слоями Si и Gd, оставляя после себя поверхность, оканчивающуюся либо Si, либо Gd. Поэтому, чтобы определить поверхностные электронные состояния и отделить их от объемных электронных зон, использовалась асимметричный слэб, оканчивающаяся Si и Gd с разных сторон, что позволило нам отслеживать объемные зоны, запрещенные зоны, а также состояния, связанные с поверхностью, для обоих концов. Обе поверхности обнаруживают ряд связанных с поверхностью электронных состояний. Хотя некоторые из них сильно перекрываются с объемными зонами, другие находятся в пределах больших запрещенных зонах. Теоретически полученные спектральные картины хорошо согласуются с полученными в эксперименте по фотоэмиссии с разрешением по импульсу. Внутрищелевые поверхностные состояния, наблюдаемые для поверхности Si, почти полностью локализованы внутри самого верхнего трехслойного блока Si-Ru-Si и состоят в основном из Ru 4d-орбиталей различной симметрии. Отсутствие их перекрытия со слоем Gd делает эти поверхностные состояния весьма нечувствительными к стабилизации спин-спирального магнитного порядка в АФМ-фазе.
Хорошее согласие электронной структуры, полученной с помощью ARPES, с расчетной позволило нам охарактеризовать особенности поверхности Ферми. Мы обнаружили что в окрестности точки М объёмной зоны Бриллюэна имеется зона, демонстрирующая отсутствие kz дисперсии. Вектор нестинга этой зоны, как вдоль kx так и вдоль ky направлений имеет совпадает с величиной вектора магнитной спирали. Наш теоретический анализ показывает, что эта особенность имеет сильную примесь 5d-состояний Gd. Мы показываем, что растяжение или сжатие кристаллической решетки в пределах плоскости ab существенно влияет на вектор нестинга 5d-состояний Gd и, следовательно, изменяет период магнитной спирали в спиновом канале Gd 4f. Таким образом можно предположить, что взаимодействие Рудермана–Киттеля–Касуи–Йосиды играет решающую роль в стабилизации спирального порядка моментов Gd 4f, ответственных за физику скирмионов в GdRu2Si2. Хотя в GdRu2Si2 скирмионная фаза возникает при довольно низкой температуре, глубокое понимание лежащей в основе физики скирмионов в центросимметричных системах может помочь предсказать новые материалы, в которых скирмионы наноразмера могут появиться при существенно более высокой температуре, а возможно, даже при комнатной температуре.
Результаты работы по проекту в данном направлении опубликованы в статье [16]:
Eremeev S.V., Glazkova D., Poelchen G., Kraiker A., Ali K., Tarasov A.V., Schulz S., Kliemt K., Chulkov E.V., Stolyarov V.S., Ernst A., Krellner C., Usachov D.Yu., Vyalikh D.V. Insight into the electronic structure of the centrosymmetric skyrmion magnet GdRu2Si2 // Nanoscale Advances. – 2023. – Vol. 5. – P. 6678-6687. Impact Factor = 4.7, квартиль Q1
https://doi.org/10.1039/d3na00435j

Экспериментальное и теоретическое исследование слоистого антиферромагнитного соединения DyRh2Si2
Проведено экспериментальное и теоретическое исследование слоистого антиферромагнитного соединения DyRh2Si2, имеющего структуру типа ThCr2Si2. Этот материал интересен тем, что направление магнитных моментов Dy меняется с изменением температуры. Данные по теплоемкости демонстрируют два фазовых перехода при охлаждении: первый при температуре Нееля TN = 55 K и второй при TN2 = 12 K. Эти переходы отчетливо видны в данных по магнитной восприимчивости монокристаллических образцов. Из полученных данных можно сделать вывод, что проекции моментов на ось [001] демонстрируют упорядочение при температурах ниже TN. Тогда как проекции моментов на плоскость (001) упорядочиваются ниже температуры TN2. Это указывает на наклон моментов относительно оси [001] из-за влияния кристаллического поля на ионы Dy. Мы изучили процесс отклонения моментов Dy при изменении температуры, что позволило соотнести температуру TN2 с началом отклонения моментов в сторону направления [100] от оси [001].
Кроме того, мы обнаружили, что полевая зависимость намагниченности сильно анизотропна и представляет собой двухступенчатый процесс при направлении поля вдоль [001]. При поле равном 4.0 Тл магнитная конфигурация меняется с +-+- на +-++, а при величине поля 8.2 Тл – на ++++. Мы использовали модель среднего поля для определения параметров кристаллического электрического поля, а также параметров обменного взаимодействия. Расчеты в модели с четырьмя подрешетками Dy показали, что наблюдаемый двухступенчатый процесс связан отрицательными значениями параметров обменного взаимодействия между различными подрешетками. Наши данные по намагниченности вместе с расчетами позволили определить, что при низких температурах и полях ориентация моментов близка к направлению [101] в тетрагональной структуре. Основное состояние ионов Dy в парамагнитной фазе представляет собой практически чистое (99%) состояние MJ = 13/2. Это значение меньше максимальной возможной проекции момента 15/2, что и способствует наклону моментов при низких температурах.
Результаты работы по проекту в данном направлении опубликованы в статье [17]:
Kliemt K., Ocker M., Krebber S., Schulz S., Vyalikh D.V., Krellner C., Usachov D.Yu. Moment canting and domain effects in antiferromagnetic DyRh2Si2 // Physical Review B. – 2023. – Vol. 107. – P. 224424. Impact Factor = 3.7, квартиль Q1
https://doi.org/10.1103/PhysRevB.107.224424

Анализ возможности получения информации о магнитном упорядочении поверхности материалов на основе лантаноидов из анализа матричного элемента фотоионизации открытой 4f оболочки. Температурно-зависимое отклонение 4f магнитных моментов в HoRh2Si2
Ориентация 4f-моментов предоставляет дополнительную степень свободы для управления спиновыми свойствами в спинтронных наноструктурах лантанидов. Однако точный контроль направления магнитных моментов является сложной задачей. В нашей работе исследовано отклонение 4f моментов на различных поверхностях (терминациях) антиферромагнитного кристалла HoRh2Si2 с температурой Нееля 29 К. Из измерений магнитной восприимчивости определено, что 4f моменты начинают отклоняться от направления характерного для объема кристалла при температуре 11.5 K. Кроме того, данные магнитной восприимчивости позволили нам рассчитать объемные параметры обменного взаимодействия и кристаллического поля. Соответствующие параметры для Ho- и Si-поверхностей (терминаций) кристалла были получены нами из DFT расчетов, причем параметры B20 оказались существенно отличными от параметров в объеме кристалла.
Для экспериментального подтверждения полученных результатов мы исследовали тонкую структуру мультиплетов Ho 4f на Si- и Ho-терминациях кристалла и их изменение с температурой при помощи рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии. Анализируя полученные данные при помощи моделирования фотоэмиссии, удалось показать, что изменения кристаллического поля и обменного взаимодействия вблизи поверхности оказывают сильное влияние на ориентацию и отклонение 4f-моментов на поверхности и в приповерхностной области. Так, отклонение 4f-моментов во внешнем слое Ho, расположенном под Si-терминацией (Si-Rh-Si блоком) кристалла, оказывается существенно меньшим, чем в объеме кристалла. В случае Ho-терминации направление моментов Ho 4f, напротив, оказывается близким ab-плоскости кристалла. Тем самым, проведенные нами эксперименты и моделирование иллюстрируют возможности высокоточного мониторинга ориентации 4f-магнитных моментов с помощью фотоэмиссии.
Результаты работы по проекту в данном направлении опубликованы в статье [18]:
Usachov D.Yu., Tarasov A.V., Glazkova D., Mende M., Schulz S., Poelchen G., Fedorov A.V., Vilkov O.Yu., Bokai K.A., Stolyarov V.S., Kliemt K., Krellner C., Vyalikh D.V. Insight into the Temperature-Dependent Canting of 4f Magnetic Moments from 4f Photoemission // J. Phys. Chem. Lett. - 2023. - Vol. 14. - P. 5537−5545. Impact Factor = 5.7, квартиль Q1
https://doi.org/10.1021/acs.jpclett.3c01276

Экспериментальное и теоретическое исследование перспективных материалов для применения в наноэлектронике и спинтронике
Исследование физических свойств соединений BiTeX (X = I, Br, Cl) и
Bi(1-x)SbxTeI.
Полярные полупроводники BiTeX (X = I, Br, Cl) представляют большой интерес как с фундаментальной, так и прикладной точек зрения благодаря сильному спин-орбитальному взаимодействию. Это взаимодействие открывает широкие возможности для реализации новых эффектов, связанных с приложением электрического поля, появлением новых фаз при всестороннем и одноосном напряжении, например, возникновением фазы топологического изолятора и/или сверхпроводимости. Оптические измерения вырожденных полупроводников BiTeX, а также анализ их фононных возбуждений, проведенные до настоящего времени, не позволяют адекватно оценить потенциал данных материалов для приложений.
В настоящей работе методом спектроскопической элипсометрии исследуются три системы – BiTeX, Bi0.95Sb0.05TeX и Bi0.9Sb0.1TeX. Измерения проводятся при комнатной температуре. Дополнительно для определения положения оптических поперечных мод колебаний используется Рамановская спектроскопия. Такие измерения необходимы чтобы избежать влияние эффекта экранированной плазменной частоты на интерпретацию полученных выводов.
Из проведенных измерений следует, что диэлектрическая функция и коэффициент отражения, полученные при разных углах падения, являются существенно различными в случае параллельных и перпендикулярных мод.
Это позволяет получить важную важную информацию об электронной структуре и, в частности, об электронных межзонных переходах.
Результаты работы по проекту в данном направлении опубликованы в статье [19]:
Aliev Z.S., Alizade E.H., Mammadov D.A., Jalilli J.N., Aliyeva Y.N., Abdullayev N.A., Ragimov S.S., Bagirova S.M., Jahangirov S., Mamedov N.T., Chulkov E.V. Spectroscopic ellipsometry and Raman spectroscopy of Bi1-xSbxTeI solid solutions with x≤0.1 // Thin Solid Films. – 2023. – Vol. 768. – P. 139727. Impact Factor = 2.1, квартиль Q2
https://doi.org/10.1016/j.tsf.2023.139727

Влияние кислородных вакансий на термический и электронный транспорт в комплексных оксидах со структурой перовскита
Комплексные оксиды со структурой перовскита ABO3 демонстрируют разнообразные функциональные свойства, представляющие как фундаментальный, так и технологический интерес. Они интересны как фотокаталитические, магнитные, диэлектрические и люминесцентные материалы. Такое разнообразие свойств обусловлено тем, что кристаллическая структура перовскитов легко изменяется при изменении состава материалов в широком интервале концентраций.
В настоящей работе исследуются электронный и фононный механизмы переноса процессы в допированном CaMnO3-𝛿 в широком интервале температур 300-1173 К используя экспериментально полученные данные и результаты первопринципных расчетов. В качестве объекта исследования был выбран дуально допированный оксид Ca0.95Bi0.025Y0.025 MnO3-𝛿.
Было показано, что увеличение носителей заряда оказывает существенное влияние на температурную зависимость коэффициента Зеебека, электро- и тепло-проводности. Температурная зависимость термоэлектрических характеристик, предсказанная теоретически хорошо согласуется с измеренными данными. Расчеты показали поляронный характер электропроводности с низкой энергией активации в температурном интервале ниже 700 К. При более высоких температурах электропроводность показывает переход от металлического характера к полупроводниковому, что связано с формированием кислородных вакансий.
Из проведенных расчетов, анализа полученных результатов и их сравнения с экспериментальными данными можно сделать важное заключение, что моделирование на основе первопринципных подходов может служить полезным средством для предсказания эффективных термоэлектриков для различных приложений.
Результаты работы по проекту в данном направлении опубликованы в статье [20]:
Merkulov O. V., Shamsutov I. V., Ryzhkov M. A., Politov B. V., Baklanova I. V., Chulkov E. V., Zhukov V. P. Impact of oxygen vacancies on thermal and electronic transport of donor-doped CaMnO3-δ // Journal of Solid State Chemistry. – 2023. – Vol. 326, – P. 124231. Impact Factor = 3.3, квартиль Q2
https://doi.org/10.1016/j.jssc.2023.124231

Акустические плазмоны в никеле и их модификация при поглощении водорода
В случаях, когда поверхность Ферми металлической системы образована несколькими энергетическими зонами и скорости Ферми в этих зонах различны, может возникнуть хорошо определенное коллективное возбуждение с дисперсией типа звуковой волны [21], получившее название акустического плазмона (АП). Причиной возникновения АП является неполное динамическое экранирование медленных носителей быстрыми [21]. Существование таких плазмонов в объемных металлах, таких как Pd, Pb и ряде других недавно было предсказано на основе первопринципных расчетов зонной структуры [22, 23]. Также они были обнаружены в системах разбавленных электронов полупроводниковых гетероструктур. В металлах эти коллективные электронные возбуждения обсуждаются в контексте их связи таким физическим явлением как сверхпроводимость [24].
Недавно нами была обнаружена возможность существования плазмона с дисперсией подобной звуковой в объемном ферромагнитном никеле [25]. В данной работе мы продолжаем систематическое исследование низкоэнергетических электронных возбуждений в Ni и находим несколько акустических ветвей с сильно анизотропной дисперсией. В частности, показано, что в подсистемах медленных и быстрых электронов в никеле участвуют носители с разными спинами, поэтому результирующая плазмонная волна может генерировать, помимо зарядового дисбаланса, также и вариации спиновой структуры. Это обусловлено тем, что флуктуации зарядовой плотности, связанные с возбуждением АП, соответствуют противофазным колебаниям медленной и быстрой компонент валентного заряда [26]. Поэтому такого рода моды мы называем спин-акустическим плазмоном (САП).
В данной работе мы провели систематическое исследование дисперсии САП в системе NiHx с концентрацией водорода от нуля (чистый Ni ) до x = 1.00 (гидрид NiH). Прослежена эволюция дисперсии и времени жизни САП.
В рамках теории зависящего от времени функционала электронной плотности в приближении линейного отклика ab initio методом проведены расчеты действительной и мнимой частей диэлектрической функции εGG' (q,ω), а также функции потерь ‒Im[ε-1GG' (q,ω)] для объемного ферромагнитном никеля и системы NiHx на его основе.
В чистом Ni обнаружено несколько плазмонных пиков с сильной анизотропией (САП1, САП2, САП3) рассчитанных функций потерь, что обусловлено наличием нескольких энергетических зон с различными скоростями Ферми. Дисперсия этих пиков имеет звукоподобный характер. Обнаружено, что при передаче импульса в направлении [100], имеется один доминирующий САП и два заметно более слабых. В направлении [110] мы обнаружили два слабых САП. Спектр возбуждения в направлении [111] имеет два САП, один из которых из которых является доминирующим.
Растворение водорода в палладии приводит к тому, что при концентрации x = 0,25 наблюдается сильное уменьшение групповых скоростей САП. Причем изменяется и число таких мод. Это сопровождается уменьшением времени жизни САП. Такое влияние присутствия Н на САП мы связываем с сильными изменением электронной структуры на уровне Ферми и уменьшением энергетического расщепления между зонами с разными спинами. При последующем увеличении концентрации H число САП уменьшается, а их коллективный характер также снижается. Для гидрида NiH в спектрах электронного возбуждения полностью доминируют одночастичные электронно-дырочные пары. В связи с обнаруженными сильными вариациями низкоэнергетических диэлектрических свойств и коллективных электронных возбуждений в чистом Ni и в системе NiHx представляется целесообразным использовать гидрогенизацию каталитических материалов на основе Ni для выяснения деталей переноса энергии и заряда в этих технологически важных системах.
Результаты работы по проекту в данном направлении опубликованы в статье [27]:
Koroteev Yu. M., Silkin I. V., Chernov I. P., Chulkov E. V. and Silkin V. M. Acoustic Plasmons in Nickel and Its Modification upon Hydrogen Uptake // Nanomaterials. – 2023. – Vol. 13(1). – N. 141. Impact Factor = 5.3, квартиль Q1
https://doi.org/10.3390/nano13010141

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1.Bosnar M., Vyazovskaya A. Yu., Petrov E. K., Chulkov E. V., Otrokov M. M. High Chern number van der Waals magnetic topological multilayers MnBi2Te4/hBN // npj 2D Materials and Applications. – 2023. – Vol. 7, – N. 33.
2.Vyazovskaya A. Yu., Petrov E. K., Koroteev Yu. M., Bosnar M., Silkin I. V., Chulkov E. V. and Otrokov M. M. Superlattices of Gadolinium and Bismuth Based Thallium Dichalcogenides as Potential Magnetic Topological Insulators // Nanomaterials. – 2023. – Vol. 13(1). – N. 38.
3.Zaitsev N. L., Rusinov I. P., Menshchikova T. V., and Chulkov E. V. Interplay between exchange-split Dirac and Rashba-type surface states at the MnBi2Te4/BiTeI interface // Physical Review B. – 2023. – Vol. 107. – P. 045402.
4.Estyunina T. P., Shikin A. M., Estyunin D. A., Eryzhenkov A. V., Klimovskikh I. I., Bokai K. A., Golyashov V. A., Kokh K. A., Tereshchenko O. E., Kumar S., Shimada K., Tarasov A. V. Evolution of Mn1-xGexBi2Te4 electronic structure under variation of Ge content // Nanomaterials. – 2023. – Vol. 13(14). – N. 2151.
5.Eremeev S. V., De Luca O., Sheverdyaeva P. M., Ferrari L., Matetskiy A. V., Di Santo G., Petaccia L., Crovara C., Caruso T., Papagno M., Agostino R. G., Aliev Z. S., Moras P., Carbone C., Chulkov E. V., Pacilè D. Energy-overlap of the Dirac surface state with bulk bands in SnBi2Te4 // Physical Review Materials. – 2023. – Vol. 7. – P. 014203.
6.Tarasov A. V., Makarova T. P., Estyunin D. A., Eryzhenkov A. V., Klimovskikh I. I., Golyashov V. A., Kokh K. A., Tereshchenko O. E., Shikin A. M. Topological Phase Transitions Driven by Sn Doping in (Mn1−xSnx)Bi2Te4 // Symmetry. – 2023. – Vol. 15. – N. 2. – P. 469.
7.Меньшов В.Н., Чулков Е.В. Связанные состояния короткодействующего дефекта на поверхности собственного антиферромагнитного топологического изолятора в неколлинеарной фазе // Письма в ЖЭТФ. – 2023. – Vol. 118. – N. 11. – P. 836-845.
8.Макарова Т. П. Шикин А. М., Ерыженков А. В., Тарасов А. В. Влияние структурных параметров на особенности электронной структуры топологических поверхностных состояний MnBi2Te4 // ЖЭТФ. – 2023. – Vol. 163. – N. 5. – P. 708-716.
9.Глазкова Д. А., Естюнин Д. А., Тарасов А. С., Косырев Н. Н., Комаров В. А., Патрин Г. С., Голяшов В. А., Терещенко О. Е., Кох К. А., Королёва А. В., Шикин А. М. Исследование поверхностного магнетизма в системах на основе MnBi2Te4 с использованием магнитооптического эффекта Керра // Кристаллография (Crystallography Reports). – 2024. – N. 1. Принята в печать.
10.Гогина А. А., Рыбкина А. А., Тарасов А. В., Шикин А. М. и Рыбкин А. Г. Спин-поляризованные состояния в электронной структуре Pt(111) и графен/Pt(111) // Кристаллография (Crystallography Reports). – 2024. – N. 1. Принята в печать.
11.Бокай К.А., Вилков О.Ю., Усачев Д.Ю. Адсорбция молекулярного кислорода на N-графен // Кристаллография (Crystallography Reports). – 2024. – N. 1. Принята в печать.
12.Фильнов С. О., Естюнин Д. А., Климовских И. И., Макарова Т. П., Королева А. В., Рыбкина А. А., Чумаков Р. Г., Лебедев А. М., Вилков О. Ю., Шикин А. М., Рыбкин А. Г. Cовместная интеркаляция ультратонких пленок Fe и Co под буферный слой графена на монокристалле SiC(0001) // Письма в ЖЭТФ. – 2023. – T. 117. – №. 5. – С. 369-376.
13.Rybkin A.G., Rybkina A.A., Otrokov M.M., Vilkov O.Yu., Klimovskikh I.I., Petukhov A.E., Filianina M.V., Voroshnin V.Yu., Rusinov I.P., Ernst A., Arnau A., Chulkov E.V., Shikin A.M. Magneto-Spin–Orbit Graphene: Interplay between Exchange and Spin–Orbit Couplings // Nano Letters. – 2018. – Vol. 18 (3). – P. 1564–1574.
14.Rybkin A.G., Tarasov A.V., Rybkina A.A., Usachov D.Yu., Petukhov A.E., Eryzhenkov A.V., Pudikov D.A., Gogina A., Klimovskikh I.I., Di Santo G., Petaccia L., Varykhalov A., Shikin A.M. Sublattice ferrimagnetism in quasifreestanding graphene // Physical Review Letters. – 2022. – Vol. 129. – P. 226401.
15.Eryzhenkov A.V., Tarasov A.V., Shikin A.M., Rybkin A.G. Non-Trivial Band Topology Criteria for Magneto-Spin–Orbit Graphene // Symmetry. – 2023. – Vol. 15. – N. 2. – P. 516.
16.Eremeev S.V., Glazkova D., Poelchen G., Kraiker A., Ali K., Tarasov A.V., Schulz S., Kliemt K., Chulkov E.V., Stolyarov V.S., Ernst A., Krellner C., Usachov D.Yu., Vyalikh D.V. Insight into the electronic structure of the centrosymmetric skyrmion magnet GdRu2Si2 // Nanoscale Advances. – 2023. – Vol. 5. – P. 6678-6687.
17.Kliemt K., Ocker M., Krebber S., Schulz S., Vyalikh D.V., Krellner C., Usachov D.Yu. Moment canting and domain effects in antiferromagnetic DyRh2Si2 // Physical Review B. – 2023. – Vol. 107. – P. 224424.
18.Usachov D.Yu., Tarasov A.V., Glazkova D., Mende M., Schulz S., Poelchen G., Fedorov A.V., Vilkov O.Yu., Bokai K.A., Stolyarov V.S., Kliemt K., Krellner C., Vyalikh D.V. Insight into the Temperature-Dependent Canting of 4f Magnetic Moments from 4f Photoemission // J. Phys. Chem. Lett. - 2023. - Vol. 14. - P. 5537−5545.
19.Aliev Z.S., Alizade E.H., Mammadov D.A., Jalilli J.N., Aliyeva Y.N., Abdullayev N.A., Ragimov S.S., Bagirova S.M., Jahangirov S., Mamedov N.T., Chulkov E.V. Spectroscopic ellipsometry and Raman spectroscopy of Bi1-xSbxTeI solid solutions with x≤0.1 // Thin Solid Films. – 2023. – Vol. 768. – P. 139727.
20.Merkulov O. V., Shamsutov I. V., Ryzhkov M. A., Politov B. V., Baklanova I. V., Chulkov E. V., Zhukov V. P. Impact of oxygen vacancies on thermal and electronic transport of donor-doped CaMnO3-δ // Journal of Solid State Chemistry. – 2023. – Vol. 326, – P. 124231.
21.Nozières P., Pines D. Electron interaction in solids - The nature of the elementary excitations // Phys. Rev. – 1958. – Vol. 109. – P. 1062–1074.
22.Silkin V.M., Chernov I.P., Koroteev Y.M., Chulkov E.V. Low-energy collective electronic excitations in Pd metal // Phys. Rev. B. – 2009. – Vol. 80. – P. 245114.
23.Zubizarreta X., Silkin V.M., Chulkov E.V., Ab initio study of low-energy collective electronic excitations in bulk Pb // Phys. Rev. B. – 2013. – Vol. 87. – P. 115112.
24.Fröhlich H. Superconductivity in metals with incomplete inner shells // J. Phys. C Solid State Phys. – 1968. – Vol. 1. – P. 544–548.
25.Benedek G., Bernasconi M., Campi D., Silkin I.V., Chernov I.P., Silkin V.M., Chulkov E.V., Echenqiue P.M., Toennies J.P., Anemone G. et al. Evidence for a spin acoustic surface plasmon from inelastic atom scattering // Sci. Rep. – 2021. – Vol. 11. – N. 1506.
26.Silkin V.M., Nechaev I.A., Chulkov E.V., Echenique P.M. Induced charge-density oscillations at metal surfaces // Surf. Sci. – 2005. – Vol. 588. – N. L239.
27.Koroteev Yu. M., Silkin I. V., Chernov I. P., Chulkov E. V. and Silkin V. M. Acoustic Plasmons in Nickel and Its Modification upon Hydrogen Uptake // Nanomaterials. – 2023. – Vol. 13(1). – N. 141.

Информация о привлечении финансирования из внешних по отношению к СПбГУ источников:

1) Грант РНФ № 23-12-00016 "Новые синтетические слоистые магнитные топологические системы с реализацией концепции поверхностного топологического фазового перехода с контролируемой модуляцией электронной структуры и физико-химических свойств для использования в квантовых технологиях". Рук-ль: А.М. Шикин. Pure ID: 105282210. Смета гранта на 2023 год: 7 000 тыс. руб. - Закупка вычислительного компьютера с внешним жестким диском для увеличения вычислительных мощностей.

2) Договор на НИР от 07.08.2023 № ЕП-58-2023/223 с ИФП СО РАН по теме: «Исследование электронной и спиновой структуры Дираковских материалов и двумерных систем на основе топологических изоляторов, графена и магнитных металлов» для выполнения работ по Соглашению о создании консорциума № 2020-1от 26 мая 2020 г. в целях реализации крупного научного проекта «Квантовые структуры для посткремниевой электроники» по Соглашению о предоставлении из федерального бюджета грантов в форме субсидии № 075-15-2020-797 от 29 сентября 2020 г. Рук-ль: А.М. Шикин. Pure ID: 107737331. Смета гранта на 2023 год: 10 000 тыс. руб. - Закупка комплектующих для создаваемой на базе Лаборатории электронной и спиновой структуры наносистем "Сверхвысоковакуумной установки AM-PVD" для синтеза наносистем и оплата командировочных расходов.

3) Грант РНФ № 23-22-00112 "Синтез и исследование эпитаксиальных наносистем на основе графена и подложки SiC для реализации квантовых эффектов". Рук-ль: А.Г. Рыбкин. Pure ID: 102658688. Смета гранта на 2023 год: 1 500 тыс. руб. - Закупка расходных материалов для создаваемой на базе Лаборатории электронной и спиновой структуры наносистем "Сверхвысоковакуумной установки AM-PVD" для синтеза наносистем и оплата командировочных расходов.