В рамках работ по проекту в 2024 году были решены следующие задачи и получены следующие научные результаты:
1. Теоретическое и экспериментальное изучение особенностей электронной и спиновой структуры новых магнитных топологических изоляторов различного состава

1.1 Проведен синтез и исследование гетероструктур типа 1 BL Bi/Магнитный топологический изолятор
Сочетание двумерных материалов и нетривиальной топологии открывает новые возможности для квантовых вычислений. Одним из самых перспективных 2D топологических материалов является ультратонкая пленка висмута – т.н. бислой висмута (1BL Bi). Особенно интересные новые топологические фазы могут возникнуть, если в 2D топологическом изоляторе будет реализован магнетизм. Обменное взаимодействие может быть индуцировано в бислое висмута через «эффект близости» с магнитной подложкой, и в зависимости от обменного поля и магнитной анизотропии могут реализоваться топологические фазы с различными числами Черна. Одними из наиболее перспективных подложек могут быть 3D магнитные топологические изоляторы типа MnBi2Te4, в которых магнитная структура сильно зависит от стехиометрии.
В рамках работ по проекту были успешно синтезированы in-situ гетероструктуры 1 бислой (BL) Bi на нескольких 3D магнитных топологических изоляторах. С помощью фотоэлектронной спектроскопии с угловым разрешением мы изучили электронную структуру сформированных систем и обнаружили ряд эффектов, таких как гибридизация конуса Дирака топологического изолятора с состояниями Bi. В качестве подложек были использованы несколько магнитных топологических изоляторов, таких как MnBi2Te4, MnBi6Te10, а также MnBi2Te4 легированные атомами Ge и In. Полученные данные показывают различное взаимодействие топологических состояний с бислоем Bi в зависимости от стехиометрии подложки.
Электронная и магнитная структура соединений семейства MBT может быть настроена с помощью легирования, что было обнаружено для образцов MBT, легированных Pb, Sn, Ge в недавних исследованиях. Увеличение концентрации Pb, Sn или Ge приводит к закрытию объемной запрещенной зоны, заставляя систему стать полуметаллом Дирака. Дальнейшее легирование приводит к повторному открытию объемной запрещенной зоны, и такая система может быть скорее классифицирована как магнитно-легированный топологический изолятор. С другой стороны, обменное взаимодействие и топологические свойства MBT могут быть изменены посредством образования сверхрешетки (MnBi2Te4)(Bi2Te3)m, где m = 0..6.
В данной работе были синтезированы пленки бислоя висмута (1 BL Bi) на поверхности нескольких подложек семейства MBT, а именно Mn2Bi2Te4, MnBi6Te10, а также Mn2Bi2Te4, легированного Ge и In. Постоянная решетки в плоскости и поверхностная атомная структура Bi(111) близки по значениям к параметрам поверхности MBT, в результате механизм роста пленок висмута оказывается эпитаксиальным со структурой 1x1. Были измерены экспериментальные дисперсионные зависимости электронных состояний для чистой поверхности и после адсорбции 1 BL Bi. Спектр чистой поверхности MBT, полученный при энергии фотонов 28 эВ, представляет собой ярко выраженный конус Дирака, образованный топологическими поверхностными состояниями. Запрещенная зона в точке Дирака составляет несколько десятков мэВ, что находится в пределах ранее опубликованных значений, варьирующихся от нуля до 80–90 мэВ. Адсорбция бислоя Bi изменяет зонную структуру, появляются несколько новых дырочно-подобных состояний, связанных с Bi. Для того чтобы детально проанализировать природу наблюдаемых электронных состояний, мы рассчитали зонную структуру при помощи метода DFT. Проведено сравнение с ARPES рассчитанного спектра вдоль направления Γ− K с проецируемыми весами от атомов Bi-BL. Обнаружена выраженная особенность, похожая на конус Дирака около точки Γ, взаимодействующая с дырочно-подобными состояниями, связанными с Bi бислоем. Верхняя часть конуса Дирака смешивается с состоянием 𝛾, которое оказывается расщепленным (𝛾 и 𝛾’), причем величина расщепления зависит от волнового вектора. Подобное расщепление было показано для Bi-BL на Bi2Te3 и было продемонстрировано, что поведение этих состояний согласуется с моделью Рашбы, вследствие нарушения инверсионной симметрии. В области нижней части Дираковского состояния, можно увидеть два дырочных состояния (𝛼 и 𝛽), расщепленных на 0,2 эВ по энергии. Рассчитанные данные хорошо согласуются с экспериментальными, что позволяет надеяться на возможность реализации 1D магнитных топологических состояний, предсказанных теоретически.
Результаты работы по проекту в данном направлении опубликованы в статье [1]:
Klimovskikh I.I., Eremeev S.V., Estyunin D.A., Filnov S.O., Shimada K., Golyashov V.A., Solovova N.Yu., Tereshchenko O.E., Kokh K.A., Frolov A.S., Sergeev A.I., Stolyarov V.S., Mikšić Trontl V., Petaccia L., Di Santo G., Tallarida M., Dai J., Blanco-Canosa S., Valla T., Shikin A.M., Chulkov E.V. Interfacing two-dimensional and magnetic topological insulators: Bi bilayer on MnBi2Te4-family materials // Materials Today Advances. – 2024. – Vol. 23. – P. 100511. Impact Factor = 8.1, квартиль Q1 https://doi.org/10.1016/j.mtadv.2024.100511

1.2 Теоретическое исследование возможности реализации топологического фазового перехода в антиферромагнитном топологическом изоляторе
Методом теории функционала плотности проведены расчеты, показывающие возможность реализации топологического фазового перехода (ТФП) из топологического в тривиальное состояние и связи данного перехода с формированием аксионо-подобного состояния в антиферромагнитном топологическом изоляторе MnBi2Te4 путем анализа изменений электронной и спиновой структур топологических поверхностных состояний (ТПС) и величины энергетической запрещенной зоны (ЭЗЗ) в точке Дирака при вариации величины спин-орбитального взаимодействия. Анализ показал, что данный ТФП соответствует минимуму ЭЗЗ, открываемой в точке Дирака, и характеризуется инверсией Te и Bipz -состояний с различной четностью на краях формируемой ЭЗЗ, что соответствует изменению знака ЭЗЗ области ТФП между топологической и тривиальной фазами. В точке перехода имеют место инверсия вне-плоскостной спиновой поляризации для состояний нижней и верхней частей конуса Дирака и пространственное перераспределение состояний, формирующих ТПС между поверхностью и объемом. При этом ТФП происходит без полного закрытия ЭЗЗ с «перескоком» через нуль и образованием ненулевой ЭЗЗ, что мы связываем с образованием аксионо-подобного состояния, которое обусловлено нетривиальной взаимосвязью немагнитного (спин-орбитального) и магнитного взаимодействий на границе между топологической и тривиальной фазами для системы с параметрами, близкими к ТФП. Предложено комплексное представление такой взаимосвязи в области ТФП, когда аксионный член изменяется между квантованными значениями π и 0, характерными для топологической и тривиальной фаз, что приводит к их взаимосвязи в области ТФП и определяет ненулевую ЭЗЗ в точке Дирака. Приложение электрического поля перпендикулярно поверхности к системе, находящейся в состоянии ТФП, приводит к изменению электронной и спиновой структур и переходу из топологического в тривиальное состояние системы и наоборот при смене направленности приложенного поля и показывает возможность реализации топологического магнитоэлектрического эффекта в области ТФП.
Результаты работы по проекту в данном направлении опубликованы в статье [2]:
Шикин А. М., Естюнина Т. П., Ерыженков А. В., Зайцев Н. Л., Тарасов А. В. Исследование взаимосвязи топологического фазового перехода, аксионо-подобного состояния и магнитоэлектрического эффекта в антиферромагнитном топологическом изоляторе MnBi2Te4 // ЖЭТФ. – 2024. – Т. 165. – N. 4. – С. 544 – 557. Impact Factor = 1.1, квартиль Q3 http://jetp.ras.ru/cgi-bin/r/index/r/165/4/p544?a=list

1.3 Исследование химического состава тонких пленок магнитного топологического изолятора, выращенных методом МЛЭ с различными отклонениями от исходной стехиометрии
В рамках работы методом молекулярно-лучевой эпитаксии были синтезированы тонкие упорядоченные пленки магнитных топологических изоляторов из семейства MnBi2Te4 с различными отклонениями от исходной стехиометрии, выращенных на подложке Bi2Te3 и изучен их химический состав и соответствующие спектры колебательных мод для данных пленок методом спектроскопии комбинационного рассеяния, в сравнении с колебательными модами пленок Bi2Te3. Анализ спектров показал, что интенсивность моды E_g^3 TO в пленках, обогащенных висмутом, намного сильнее, чем в стехиометрических пленках MnBi2Te4 . При этом интенсивность моды A_1g^2 LO была сильнее в пленках, характеризующихся дефицитом Bi. Мода E_g^3 TO соответствует колебаниям в плоскости верхнего и нижнего атомных слоев Bi-Te аналогично, как в Bi2Te3. Дефицит атомов Bi в синтезируемых пленках указывает на то, что колебательная степень свободы Bi-Ti в семислойной Te-Bi-Te-Mn-Te—Bi-Te элементарной ячейке существенно менее ярко выражена. Антисимметричные противофазные колебания атомов Te-Te приводят к формированию моды A_1g^2 LO, для которой атомы Bi неподвижны, поэтому колебательное сечение этой моды для пленки MnBi2Te4 с дефицитом Bi имеет более высокое значение. При этом вблизи резонанса формирование мод Eg и A1g наблюдалось при более низкой энергии возбуждения 1,57 эВ, что связанно с деформационным потенциалом и электрон-фононной связью Фрелиховского типа соответственно. В работе представлены Рамановские спектры пленок с различной стехиометрией.
Результаты работы по проекту в данном направлении опубликованы в статье [3]:
Kumar N., Ishchenko D.V., Milekhin I.A., Kyrova E.D., Milekhin A. G., Tereshchenko O.E. Chemical composition dependent Raman scattering spectroscopy of MBE grown manganese - based bismuth telluride topological insulator thin films // Journal of Raman Spectroscopy. – 2024. Отправлена 2 сентября 2024 г. в журнал Journal of Physics D: Applied Physics, но отклонена по причине санкций издательства. Направлена 18 ноября 2024 г. в журнал Journal of Raman Spectroscopy, находится на рассмотрении. manuscript number is JRS-24-0254. Impact Factor = 2.4, квартиль Q2

2. Теоретическое исследование нового семейства топологических магнитных изоляторов на основе 3d-переходных элементов и систем с сильным спин-орбитальным взаимодействием Рашбы. Изучение эффекта доменных стенок в таких топологических изоляторах, а также в системах Рашбы на электронную и магнитную структуру. Теоретическое исследование топологических сверхпроводников, в том числе при контакте с магнитными материалами

2.1 Исследование взаимодействия поверхностных состояний Дирака и Рашбы в топологически нетривиальных ван-дер-ваальсовых сверхрешетках
В данной работе на основе расчетов в рамках функционала электронной плотности и модели сильной связи изучена поверхностная электронная структура объемных сверхрешеток, состоящих из ван-дер-ваальсовых пяти- [X2Y3] и семислойныx [ZX2Y4] (X = Bi, Sb; Y = Te, Se, S; Z = Pb, Sn, Ge) блоков пниктоген-халькогенидов, которые по отдельности образуют кристаллы трехмерных топологических изоляторов. Поверхность таких ван-дер-ваальсовых структур имеет два типа окончания: пятислойный или семислойный блок. На основе систематического изучения орбитального состава и спиновой структуры установлено, что в зависимости от окончания помимо топологического состояния типа конуса Дирака, локализованного в поверхностном блоке, вблизи уровня Ферми возникает специфичное для таких сверхрешеточных структур спин-расщепленное тривиальное состояние по типу Рашбы, которое отщепляется от объемной валентной зоны, образованной орбиталями атомов второго структурного блока. Причиной его возникновения является неэквивалентность поверхностных и подповерхностных структурных блоков и наличие медленно затухающего изгиба электростатического потенциала вблизи поверхности. Когда такое тривиальное состояние становится энергетически близким к топологическому, происходит их гибридизация, сопровождающаяся отталкиванием спектральных ветвей с одинаковой спиновой проекцией. Это приводит к расщеплению конуса Дирака и формированию более сложной электронной структуры вблизи уровня Ферми относительно поверхностных спектров топологических изоляторов, образованных исключительно пяти- или семислойными блоками.
При рассмотрении ряда изоструктурных соединений, в том числе топологически тривиальных, обнаружена важная роль наличия на поверхности топологического состояния в индуцировании изгиба поверхностного потенциала. Кроме того, установлено, что состав и параметры кристаллической структуры существенно влияют на локализацию и величину изгиба, а также на взаимное расположение объемных зон. В совокупности они определяют особенности электронной структуры поверхности. Все эффекты, обнаруженные в немагнитных сверхрешетках и связанные с различным поведением поверхностного потенциала на разных окончаниях, проявляются и в их магнитных аналогах типа Mn(Bi1−xSbx)4Te7. Для них показано, что в антиферро- и ферромагнитных состояниях возникает обменное расщепление как в дираковских, так и в возникающих рашбовских состояниях. Выявленный механизм может быть применен для интерпретации экспериментальных наблюдений в многочисленных реальных немагнитных и магнитных структурах подобного типа.
Результаты работы по проекту в данном направлении опубликованы в статье [4]:
Shvets I. A., Chulkov E. V., Eremeev S. V. Interplay between Dirac and Rashba surface states specific for topologically nontrivial van der Waals superlattices // Physical Review B. – 2024. – Vol. 110. – P. 205113. Impact Factor = 3.2, квартиль Q1
https://doi.org/10.1103/PhysRevB.110.205113

2.2 Теоретическое исследование электронных состояний, возникающих на доменной стенке в магнитном полупроводнике с сильным эффектом Рашбы
Многие материалы, сформированные атомами тяжёлых элементов, демонстрируют эффект Рашбы из-за нарушения инверсионной симметрии на поверхности. В таких материалах волновая функция поверхностных состояний обладает нетривиальными чертами с точки зрения зонной топологии. Комбинация зонной топологии и магнитного порядка способствует реализации новых явлений. В данной работе теоретически показано, что доменная стенка (ДС) на поверхности магнитного полупроводника со спин-орбитальной связью (СОС) несёт связанное состояние. Более того, предсказано существование на ДС электронного резонансного состояния, свойства которого близки свойствам краевого состояния в топологическом изоляторе.
Проведенный в рамках работы анализ основан на минимальной модели электронов, движущихся вдоль поверхности и испытывающих действие СОС и обменного поля. В работе рассмотрен случай жёстких антифазных ДС с двумя различными ориентациями намагниченности. Чтобы описать состояния, индуцированные ДС, была решена аналитически задача рассеяния. Результаты были подкреплены численными расчётами в рамках приближения сильной связи.
Показано, что если рассматривается случай ДС, которая разделяет области с противоположной намагниченностью, ортогональной поверхности, и если выполняется условие Delta(z)<<4E(SO) (где E(SO) - энергия рашбавского расщепления), то на ДС возникает резонансное состояние. Оно характеризуется дисперсионным соотношением с линейной зависимостью энергии от импульса в области локальной обменной щели, энергетическим сдвигом и небольшим уширением. Кроме того, резонансное состояние является киральным со спиновой поляризацией вдоль оси e(x). Пространственный профиль состояния локализован вблизи ДС, но имеет также малую осциллирующую компоненту. Физическое происхождение резонансного состояния связано со значительным увеличением амплитуды кривизны Берри вблизи k=0, когда Delta(z)<<4E(SO). В противоположном случае Delta(z)>=4E(SO), спектральная ветвь сильно размывается. Ниже края двумерного зонного континуума присутствует связанное состояние. Одномерные проводящие каналы, несущие долгоживущие резонансные состояния, могут проявляться в транспортных явлениях. Например, они могут быть источником отрицательного магнитосопротивления в полярном полупроводнике BiTeI, допированном V или Mn, для которого хорошо выполняется условие Delta(z)<<4E(SO).
Если ДС между областями с намагниченностью, параллельной поверхности, и выполняется условие Delta(x)<<4E(SO), то ДС порождает резонансное состояние с иным спектром. Энергетическая ветвь существует в узкой окрестности вблизи Г точки, и имеет эффективную массу, которая значительно превосходит массу двумерной зоны. Зона очень узкая, её ширина меньше, чем резонансное уширение. Резонансное состояние поляризовано по спину вдоль оси e(z). Физическая причина возникновения почти плоской зоны связана с восстановлением киральной симметрии гамильтониана H(k) при Beta ->0. Резкий пик в плотности состояний, ассоциированный с узкой зоной может способствовать усилению межэлектронных корреляций. Отметим также присутствие связанного состояния.
Таким образом, в данной работе проведено теоретическое исследование влияния доменных стенок на поверхность магнитных полупроводников с сильным эффектом Рашбы. Показано, что доменная стенка, разделяющая домены с любым направлением намагниченности, содержит связанное состояние. Кроме того, было предсказано, что любая из таких доменных стенок индуцирует одномерное электронное резонансное состояние, свойства которого близки по свойствам краевому состоянию в топологическом изоляторе. Одномерные проводящие каналы, несущие долгоживущие резонансные состояния, могут проявляться в транспортных явлениях. Например, они могут быть источником отрицательного магнитосопротивления в полярном полупроводнике BiTeI, допированном V или Mn.

Результаты работы по проекту в данном направлении опубликованы в статье [5]:
Rusinov I. P., Men’shov V. N., Chulkov E. V. Electron states emerging at magnetic domain walls of magnetic semiconductors with strong Rashba effect // Physical Review B. – 2024. – Vol. 110. – P. 195405. Impact Factor = 3.2, квартиль Q1
https://doi.org/10.1103/PhysRevB.110.195405
Результаты работ Русинова Игоря Павловича в данном направлении вошли в докторскую диссертацию, защита которой назначена на 20 января 2025 года:
И. П. Русинов "Электронная структура топологических изоляторов и материалов с расщеплением Рашбы", диссертация на соискание ученой степени доктора физико-математических наук. Научная специальность 1.3.8. Физика конденсированного состояния. Дата защиты 20.01.2025 г. https://vak.minobrnauki.gov.ru/advert/115634743001

2.3 Теоретическое исследование спиральных состояний Рашбы на вицинальных поверхностях
Спин-орбитроника — новое направление спин-ориентированной электроники, стремящейся максимально использовать явления, связанные со спин-орбитальным взаимодействием (СОВ), для генерации, манипулирования и обнаружения чистых спиновых токов [6]. Для создания элементной базы этой отрасли электроники необходимо фундаментальное понимание явлений возникающих в материалах с сильным СОВ и способность проектировать и настраивать их ключевые электронные свойства. Так, известно, что одномерные периодические потенциалы воздействуя на электроны Рашбы могут индуцировать стоячие спиновые волны [7] и волны спин-орбитальной плотности [8]. В последнем случае накопление спинов, индуцированное электрическим полем, можно избирательно менять вдоль направления одномерного потенциала [9]. Для электронов Рашбы присутствие одномерных периодических структур на поверхности может привести к экзотической зонной перенормировке, аналогично той, что наблюдалась при блокеровке псевдоспин-момент электронов в графене [10].
Однако было бы желательно рассмотреть системы с более сильным СОВ. Поверхностные сплавы тяжелых металлов, характеризующихся сильным СОВ, представляют собой модельные системы для изучения корреляции между рассеянием электронов, спин-орбитальным взаимодействием и атомной структурой. В данной работе мы исследовали электронную структуру поверхностного сплава BiAg2 на “магических” (стабильных) вицинальных поверхностях Ag(1179) и Ag(423) с помощью первопринципных расчетов в рамках теории функционала плотности. Было обнаружено когерентное рассеяние зон, расщепленных СОВ Рашбы, на массивах ступеней вицинальных поверхностей, что приводит к орбитально-селективной перенормировке зон в направлении, перпендикулярном ступеням и глубокой модуляции плоскостного орбитального дихроизма. Также было показано, что взаимодействие электронов Рашбы со сверхрешеткой ступеней вицинальной поверхности приводит к сильной переориентации спиновой текстуры, как в плоскости поверхности, так и по нормали к ней. Расчеты, проведенные без учета СОВ, дают в направлении kx, перпендикулярном ступеням, четкие связанные зоны типа квантовой ямы из-за сильного рассеяния на ступенях. Включение СОВ приводит к сильному уширению электронных поверхностных зон по сравнению с соответствующими зонами, полученными без учета СОВ, показанными сверху. Для гладкой поверхности (111) такого эффекта не наблюдается в силу отсутствия ступеней.
Полученные результаты открывают возможности для изготовления атомарно точных связанных массивов электронных резонаторов для проектирования спин-орбитальных текстур.
Результаты работы по проекту в данном направлении опубликованы в статье [11]:
Ortega J. E., Vasseur G., Schiller F., Piquero-Zulaica I., Weber A. P., Rault J., Valbuena M. A., Schirone S., Matencio S., Sviatkin L. A., Terenteva D. V., Koroteev Yu. M., Chulkov E. V., Mugarza A., Lobo-Checa J. Atomically precise step grids for the engineering of helical states // Physical Review B. – 2024. – Vol. 109. – P. 125427. Impact Factor = 3.2, квартиль Q1 https://doi.org/10.1103/PhysRevB.109.125427

2.4 Исследование эффекта близости в 2D гетероструктурах сверхпроводник/ферромагнетик
Открытие двумерных материалов предоставляет беспрецедентные возможности для разработки новых материалов с заданными свойствами. Во многих случаях в основе дизайна лежит тот или иной эффект близости, то есть наноразмерное проникновение электронных корреляций из одного материала в другой. В немногослойных Ван-дер-Ваальсовых (vdW) гетероструктурах область близости может занимать всю систему. По этой причине изучение влияния эффекта близости на двумерные (2D) материалы особенно актуально, поскольку эффект может изменять электронные свойства сразу всего материала.
В данной работе выявлен микроскопический физический механизм эффекта магнитной близости, то есть подавления сверхпроводимости обменным полем соседнего ферромагнетика в 2D сверхпроводник/ферромагнетик (S/F) vdW гетероструктурах, и предсказано, что он определяется степенью гибридизации электронных спектров отдельных материалов. Степень гибридизации можно регулировать, изменяя относительные коэффициенты заполнения путем приложения напряжения затвора к одному из материалов, что позволяет в значительной степени контролировать эффект магнитной близости. Представлена иллюстрация физики процессов, управляющих эффектом близости, с помощью минималистичной модели сильной связи для гамильтониана на квадратной решетке, а затем демонстрируем существование тех же эффектов в гетероструктурах на основе vdW-материалов: монослоя 1H-NbSe2 в качестве сверхпроводника и монослоя 1T-VSe2 в качестве ферромагнетика. Показано, что зеемановское расщепление плотности состояний может быть «включено»/«выключено» и изменено на противоположное с помощью напряжения на затворе, а также получены немонотонные зависимости параметра сверхпроводящего порядка от потенциала затвора.
Таким образом, управление степенью гибридизации электронных состояний в данных гетероструктурах позволяет управлять сверхпроводимостью, а также амплитудой и знаком зеемановского расщепления сверхпроводящих спектров, открывая интересные возможности для спинтроники и спиновой калоритроники.
Результаты работы по проекту в данном направлении опубликованы в статье [12]:
Bobkov G. A., Bokai K. A., Otrokov M. M., Bobkov A. M., Bobkova I. V. Gate-controlled proximity effect in superconductor/ferromagnet van der Waals heterostructures // Phys. Rev. Materials. – 2024. – Vol. 8. – P. 104801. Impact Factor = 3.1, квартиль Q1 https://doi.org/10.1103/PhysRevMaterials.8.104801

2.5 Квантово-размерные эффекты в сверхтонких пленках золота на поверхности Pt(111)
Среди многих изученных гетероструктур особый интерес вызывает система Au/Pt(111). Оба материала, и Au и Pt обладают сильным спин-орбитальным взаимодействием, а их комбинация приводит к появлению интересных свойств. Платина широко используется в качестве каталитического материала в химической промышленности. Различные свойства атомно-чистых платиновых поверхностей были подробно изучены как экспериментально, так и теоретически. Однако, исследования биметаллических поверхностей, включающих адслои золота, выявили очень интересную химию таких систем. Золото долгое время считалось «инертным» материалом во многих химических реакциях. Однако эти хорошо известные свойства объемного золота имеют тенденцию изменяться при нанометровом размере. Например, когда размер частиц Au уменьшается до 5–10 нм, золото проявляет высокую активность в качестве катализатора [13].
Атомные свойства системы Au/Pt(111) исследовались как экспериментально, так и теоретически [14]. Фотоэмиссионные измерения проводились для различных покрытий Au [15,16]. Также были выполнены первопринципные расчеты электронной структуры для монослоя Au [16]. Подробности того, как поверхностные состояния Pt(111) типа Шокли эволюционируют при адсорбции сверхтонких слоев золота, были представлены в [17]. Однако, насколько нам известно, систематическое исследование электронных свойств слоев золота толщиной в несколько атомных слоев на Pt(111) до сих пор не проводилось. В данной работе проведено подробное теоретическое исследование для понимания свойств ультратонких тонких пленок Au на Pt(111).
В рамках теории функционала плотности оптимизирована атомная и рассчитана электронная структуры чистых поверхностей Pt(111) и Au(111) и систем nML-Au/Pt(111) с n, изменяющимся от одного до трех. Расчеты были проведены как с учетом, так и без учета спин-орбитального взаимодействия. На чистых поверхностях Pt(111) и Au(111) было обнаружено и обсуждено несколько новых электронных состояний с сильной локализацией в поверхностной области. Адслои Au порождают многочисленные состояния квантовой ямы в энергетических областях, соответствующих проекции объемного континуума зон на поверхность Au(111). Более того, наличие состояний, напоминающих истинные поверхностные состояния Au(111), было обнаружено при n = 2 и 3. Также обнаружены интерфейсные состояния Au/Pt. Рассчитанная для систем nML-Au/Pt(111) работа выхода показывает небольшое изменение с увеличением числа атомных слоев Au порядка нескольких десятков мэВ, т. е. заметно меньше чем в случае металла со свободными электронами.
Результаты работы по проекту в данном направлении опубликованы в статье [18]:
Koroteev Yu. M., Silkin I. V., Silkin V. M., Chulkov E. V. Quantum-Size Effects in Ultra-Thin Gold Films on Pt(111) Surface // Materials. – 2024. – Vol. 17(1). – P. 63. Impact Factor = 3.1, квартиль Q2 https://doi.org/10.3390/ma17010063

2.6 Теоретическое исследование параметра порядка сверхпроводящего состояния
В теории Гинзбурга-Ландау и в симметрийных феноменологических подходах волновая функция куперовской пары отождествляется с SOP (superconducting order parameter, параметр порядка сверхпроводящего состояния). В пространственно-групповом подходе волновая функция куперовской пары строится методами теории групп из одноэлектронных состояний кристалла. В настоящей работе впервые параметр порядка с намоткой фазы m (winding number) был построен из волновых функций куперовских пар. Угловой момент в базисной зоне Бриллюэна m приравнивается к квазимоменту m ̅, соответствующему характерам неприводимых представлений (IR) точечной группы. Параметр порядка является суперпозицией всех пар в k-пространстве. При расчете квадрата параметра порядка (входящего в функционал Гинзбурга-Ландау) учитывается интерференция комплексных волновых функций всех пар. При расчетах брали 180 пар в плоскости перпендикулярной kz. Для каждого IR существуют два случая, а именно состояние без намотки фазы, т.е. обычно обозначаемое s±s, и состояние с намоткой фазы. Также для двумерного IR Eg группы симметрии D4h возможна разность фаз nπ/2 между секторами, что соответствует так называемым s ± is состояниям. В аксиальной симметрии D4h узловая структура определяется теоретико-групповым способом для одномерных IR и для двумерных IR в плоскости основания. Для двумерных IR нули в вертикальных плоскостях определяются дополнительными квантовыми числами. Экспериментальная узловая структура параметра порядка для Sr2RuO4 с нулевой базисной плоскостью и нулями и провалами в вертикальных плоскостях соответствует НП E_g и, кроме того, действительное E_g соответствует действительной фазе, а комплексное ( E) ̃_g соответствует хиральному случаю.
В работе было показано, что направление намотки фазы изменяется в секторах в k-пространстве, соединенных элементами отражений. Для получения намотки 2πm использована симметрия магнитной группы 4/mm′m′. В этом случае для всех IR имеет место один из двух вариантов: все вертикальные плоскости являются нулевыми или все вертикальные плоскости не имеют нулей. Теоретико-групповым методом было показано, что при расширении теории Гинзбурга-Ландау на двумерные IR точечных групп каждая из базисных функций имеет половину намотки фазы ±πm, а полная намотка фазы может быть равна нулю или 2πm. Наши теоретические результаты могут объяснить полуквантование потока в z-направлении в синглетном Sr2RuO4 [19] тем фактом, что дополнительное сильное поле Hx приводит к нарушению симметрии обращения времени, а операция θσv, необходимая для получения одинакового направления намотки фазы во всех секторах k-пространства, запрещена. Разработанный подход позволяет построить параметр порядка с нецелочисленной намоткой фазы для пар, принадлежащих всем IR, и это составляет теоретическую основу для понимания недавних экспериментальных результатов [20], в которых квантование потока зависит от температуры.
Результаты работы по проекту в данном направлении опубликованы в статье [21]:
E. A. Teplyakov, V. G. Yarzhemsky «Space-group approach to the Ginzburg-Landau phase winding in topological superconductors: Application to Sr2RuO4» J. Phys.: Condens. Matter. – 2024. Impact Factor = 2.3, квартиль Q2 Направлена в редакцию 17 октября 2024 г., находится на рассмотрении.
Результаты работ Теплякова Егора Александровича в данном направлении вошли в кандидатскую диссертацию, защита которой состоялась 26 сентября 2024 г.
Е. А. Тепляков "Структура двухэлектронных состояний и параметра порядка в топологических сверхпроводящих материалах UTe2, UPt3, Sr2RuO4", диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук. Научная специальность 1.3.3. Теоретическая физика. Дата защиты 26.09.2024 г. https://mipt.ru/institute/departments/dissertatio/soiskateli/fm/teplyakov-egor-aleksandrovich

3. Теоретическое исследование гетероструктур, состоящих из тонких блоков магнитных топологических изоляторов и пленок тривиальных полупроводников, а также немагнитных топологических изоляторов. Исследование обменного (магнитного) взаимодействия между магнитными блоками через пленки немагнитных полупроводников в рамках функционала электронной плотности

3.1 Исследование роли Mn дефектов в гетероструктурах MnBi2Se4/Bi2Se3 на основе собственного магнитного топологического изолятора MnBi2Se4
Собственные магнитные топологические изоляторы (ТИ), такие как MnBi2Te4 (MBT), являются материалами, которые по своей природе обладают как магнитными, так и топологически нетривиальными свойствами. Они экспериментально реализованы как в тонких пленках, так и в монокристаллах. Были изготовлены даже сверхрешетки, состоящие из магнитного и немагнитных ТИ. Влияние собственных дефектов, представляющих собой атомы замещения Mn, на магнитную и электронную структуру соединений семейства MBT активно изучается в последнее время. Как макроскопические, так и локальные измерения показывают, что в MBT и MnSb2Te4 атомы Mn в центральном слое септета (SL) и атомы в слоях Bi/Sb связаны антиферромагнитно (AFM). Согласно недавним DFT расчетам эта магнитная структура может быть ответственна за неожиданное уменьшение щели в поверхностном конусе Дирака в MBT, наблюдаемое с помощью фотоэмиссионной спектроскопии с угловым разрешением (ARPES). Флуктуации ширины щели вдоль поверхности были визуализированы с помощью сканирующей туннельной спектроскопии (СТС) для поверхностей объемных монокристаллов MnBi2−xSbxTe4, а также пленок MBT, выращенных методом молекулярно-лучевой эпитаксии и MnSb2Te4. Что касается родственного соединения MnBi2Se4 (MBS) и гетероструктур на его основе, связь антисайтов Mn с атомами Mn центрального слоя еще не изучена. В частности, не было проведено тщательного исследования локальных магнитных свойств атомов, находящихся в разных местах образца в реальном пространстве. Кроме того, для семейства собственных магнитных ТИ до сих пор не было доказательств индуцированных магнитных моментов в немагнитных элементах, хотя было проведено множество измерений рентгеновского магнитного циркулярного дихроизма (XMCD).
В настоящей работе изучалось распределение Mn в гетероструктурах MnBi2Se4/Bi2Se3 с несколькими слоями Bi2Se3 (BS) с помощью сканирующей просвечивающей электронной микроскопии (STEM) в атомном масштабе. Затем эта информация сопоставлялась с магнитными свойствами системы, специфичными для конкретного участка кристалла полученные с помощью измерений XMCD, специфичных для конкретного элемента. Мы обнаружили, что атомы Mn не только размещаются в центральном слое SL MBS, но также замещают Bi и также находятся в промежутке ван-дер-Ваальса (vdW). Сравнение экспериментальных и теоретических спектров XMCD выявило, что первые два связываются ферромагнитно (FM), тогда как vdW Mn связывается AFM с Mn в центральной атомной плоскости SL. Это поведение отличается от случая MBT и также воспроизводится путем прямого расчета константы обменной связи. Более того, нам удалось обнаружить четкий сигнал XMCD в одном из немагнитных компонентов гетероструктур — Se, что однозначно свидетельствует о его магнитном взаимодействии с Mn.
Для измерений XMCD и STEM изготовленные образцы сначала были охарактеризованы с помощью ARPES при комнатной температуре. Расчеты электронной структуры проводились в рамках DFT с использованием метода проекционных присоединенных волн (PAW), реализованного в коде VASP. Гамильтониан содержал скалярные релятивистские поправки, а спин-орбитальная связь учитывалась методом второй вариации. Применялись обобщенное градиентное приближение (GGA-PBE) для обменно-корреляционной энергии и vdW функционал DFT-D3 с затуханием Бекке-Джонсона для аккуратного описания ван дер ваальсового взаимодействия в гетероструктуре. Для зоны Бриллюэна слэба использовалась сетка k-точек 10 × 10 × 1. 3d-состояния Mn описывались с использованием подхода GGA + U в рамках схемы Дударева. Значение Ueff = U − J для 3d-состояний Mn было выбрано равным 5.34 эВ. Обменные взаимодействия изучались в рамках теории многократного рассеяния. Для этого электронные структуры MBS/BS были рассчитаны с использованием метода самосогласованной функции Грина в рамках теории функционала плотности в приближении PBESol. Химический беспорядок был смоделирован путем смешивания двух атомных видов на одном и том же атомном узле в рамках приближения когерентного потенциала (CPA). Теоретическое моделирование XAS и XMCD было выполнено с использованием подхода линейного отклика, в рамках метода LMTO. Для моделирования спектров XAS и XMCD и расчета параметров обменной связи положение атома Mn в vdW промежутках было определено с помощью расчетов полной энергии, выполненных с использованием VASP. Мы обнаружили, что атом Mn предпочитает тетраэдрическую позицию в vdW, находясь практически внутри слоя атомов Se.
Таким образом, проведено исследование влияния дефектов Mn на магнитную и электронную структуру собственных магнитных топологических изоляторов (MnBi2Te4, MnBi2Se4). Было обнаружено, что в этих соединениях атомы Mn размещаются не только в центральном слое семислойного блока MnBi2Se4, но также замещают атомы Bi или находятся в промежутке ван-дер-Ваальса. Сравнение экспериментальных и теоретических результатов выявило, что антисайт Mn связываются ферромагнитно (FM) c Mn в центральном слое, тогда как Mn в промежутке ван-дер-Ваальса связываются AFM. Более того, обнаружено свидетельство магнитного взаимодействия немагнитного компонента гетероструктуры (Se) с Mn.
Результаты работы по проекту в данном направлении опубликованы в статье [22]:
Fukushima R., Antonov V. N., Otrokov M. M., Sasaki T. T., Akiyama R., Sumida K., Ishihara K., Ichinokura S., Tanaka K., Takeda Y., Salinas D. P., Eremeev S. V., Chulkov E. V., Ernst A., and Hirahara T. Direct evidence of induced magnetic moment in Se and the role of misplaced Mn in MnBi2Se4-based intrinsic magnetic topological insulator heterostructures // Phys. Rev. Materials. – 2024. – Vol. 8. – P. 084202. Impact Factor = 3.1, квартиль Q1 https://doi.org/10.1103/PhysRevMaterials.8.084202

3.2 Транспортные свойства семейства магнитных топологических изоляторов (MnBi2Te4)(Bi2Te3)m (m = 0,1,...,6)
В данной работе впервые проведены систематические исследования магнитотранспортных свойств топологических изоляторов семейства (MnBi2Te4)(Bi2Te3)m с m = 0, 1, ..., 6. Показано , что кристаллы с m = 0 являются антиферромагнетиками А-типа с температурой Нееля TN = 25.3K. Соединения с m = 1 и 2 также являются антиферромагнетиками, однако значительное ослабление антиферромагнитной межслоевой обменной связи позволяет стабилизировать состояние с остаточной намагниченностью, близкой к таковой в насыщении, чего можно достигнуть путем постепенного ослабления внешнего магнитного поля вплоть до его полного выключения. Для m > 2 общее поведение сменяется на ферромагнитное. При этом магнитный переход на зависимости электросопротивления от температуры, (T), с критической температурой 11К, а также аномальный эффект Холла наблюдались даже при m = 6, где 2D-магниты разделены шестью немагнитными блоками, т.е. образцы по-прежнему демонстрируют ферромагнитное поведение, несмотря на такое большое расстояние. Можно предположить, что при таких больших расстояниях между семислойными блоками межслоевая обменная связь RKKY типа может играть заметную роль благодаря относительно высоким концентрациям электронов в исследованных образцах. С другой стороны, имеющиеся в литературе данные указывают на то, что взаимное замещение атомов Mn и Bi является важным фактором, влияющим на межслоевую обменную связь в (MnBi2Te4)(Bi2Te3)m. Для решения вопроса о причинах устойчивости ФМ упорядочения при m  3 потребуются дальнейшие исследования.
Результаты работы по проекту в данном направлении опубликованы в статье [23]:
Зверев В. Н., Абдуллаев Н. А., Алиев З. С., Амирасланов И. Р., Отроков М. М., Мамедов Н. Т., Чулков Е. В. Транспортные свойства семейства магнитных топологических изоляторов (MnBi2Te4)(Bi2Te3)m (m = 0,1,...,6) // Письма в ЖЭТФ. – 2023. – Vol. 118. – N. 12. – P. 902-907. Impact Factor = 1.3, квартиль Q3 (дата публикации 25 декабря 2023 г.)
http://jetpletters.ru/ps/2445/article_35988.shtml

3.3 Изучение эффекта перемешивания подрешеток в магнитных топологических изоляторах (MnBi2Te4)(Bi2Te3)n и MnSb2Te4 на магнитные свойства систем
Магнитные топологические изоляторы формируют обширную потенциальную базу для использования спинтронных технологий основанных на топологической природе таких изоляторов. Наиболее перспективным для спинтронных технологий на сегодняшний день является семейство слоистых материалов (MnBi2Te4)(Bi2Te3)n, проявляющих различные магнитные порядки и топологические состояния, зависящие как от числа n, то есть от количества пятислойных блоков Bi2Te3, так и от степени перемешивания подрешеток Mn и Bi. Создание условий для такого перемешивания и его контроль позволяют получать материалы с требуемыми характеристиками.
В настоящей работе используются ядерный магнитный резонанс и мюонная спиновая спектроскопия, чтобы изучить эффект перемешивания подрешеток Mn и Bi в (MnBi2Te4)(Bi2Te3)n, а также соответствующий эффект перемешивания Mn и Sb в сходном материале MnSb2Te4 на магнитные свойства данных систем.
Проведенные измерения не только подтверждают противоположную направленность магнитных моментов атома Mn в собственных узлах подрешетки Mn и соответственно в узлах подрешетки Sb, но и впервые демонстрируют сходное поведение в системах (MnBi2Te4)(Bi2Te3)n с n=0, 1 и 2. Более того, для всех соединений найдено, что статический магнитный момент атомов Mn в подрешетке пниктогена (Bi или Sb) исчезает при температурах ниже критической температуры магнитного перехода материала. Полученные результаты обеспечивают понимание на микроскопическом уровне решающей роли перемешивания Mn–Bi и определяют рецептуру оптимизации магнитной щели в топологическом поверхностном состояниии в системах (MnBi2Te4)(Bi2Te3)n.
Результаты работы по проекту в данном направлении опубликованы в статье [24]:
Sahoo M., Onuorah I. J., Folkers L. C., Kochetkova E., Chulkov E. V., Otrokov M. M., Aliev Z. S., Amiraslanov I. R., Wolter A. U. B., Büchner B., Corredor L. T., Wang C., Salman Z., Isaeva A., De Renzi R., Allodi G. Ubiquitous Order-Disorder Transition in the Mn Antisite Sublattice of the (MnBi2Te4)(Bi2Te3)n Magnetic Topological Insulators // Advanced Science. – 2024. – P. 2402753. Impact Factor = 14.3, квартиль Q1 https://doi.org/10.1002/advs.202402753

3.4 Проведены исследования особенностей локализации топологического поверхностного состояния в случае интерфейса Pb/Bi2Se3
Недавние исследования систем "пленка/подложка", представляющих собой слои атомов свинца, осажденные на слоистые топологические изоляторы, в основном сосредоточены на сверхпроводящей природе интерфейса и на использовании их магнитных свойств. Результаты этих исследований указывают на сложную кинетику роста фаз и на последующее формирование смачивающего слоя, внутри которого атомы адсорбата и подложки сильно взаимодействуют, образуя переходный слой неизвестной стехиометрии. Нерешенным стоит и вопрос о возможности миграции топологического поверхностного состояния из области подложки в слой адсорбата. В связи с этим, в настоящей работе было проведено экспериментальное и теоретическое исследование интерфейса Pb/Bi2Se3. Чтобы выяснить природу интерфейса и его электронной структуры по мере формирования адсорбционного слоя, были проведены измерения методами сканирующей фотоэмиссионной микроскопии (SPEM), рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (XPS) и фотоэлектронной спектроскопии с угловым разрешением (µ-ARPES) при различных температурах и толщине покрытия, а также выполнены расчеты в рамках теории функционала электронной плотности (DFT) с учетом атомарно-резкой границы на интерфейсе для предсказания локализации топологического поверхностного состояния при различной толщине слоя Pb.
Исследование показало, что при осаждении атомов свинца на подложку Bi2Se3 при температуре жидкого азота с ростом толщины адсорбированного слоя на ARPES спектрах происходит исчезновение топологического поверхностного состояния. Одновременно с этим, по результатам XPS уменьшаются спектральные линии, отвечающие внешним электронным оболочкам Bi и Sb. Это свидетельствует о том, что поверхность покрытия оказывается сплошной, а адсорбционный слой распределен по всей площади подложки. Однако после выдержки образцов при комнатной температуре вне зависимости от толщины покрытия на спектрах явно проявляется топологическое состояние в следствие частичного покрытия подложки топологического изолятора в результате поверхностной диффузии атомов свинца с возможным формированием островков роста. В свою очередь расчеты из первых принципов показывают, что поверхностное топологическое состояние подложки Bi2Se3 выживает под относительно толстым слоем Pb, локализуясь во втором структурном (пятислойном) блоке, независимо от деталей атомной структуры на интерфейсе.
Таким образом, полученные результаты свидетельствует о том, что топологическое поверхностное состояние не локализуется в слое адсорбата. Данные о его миграции из области подложки, представленные в литературе, могут быть связаны с явлением поверхностной диффузии атомов адсорбата, в результате чего в подложке сохраняются области, свободные от адсорбированных атомов.
Результаты работы по проекту в данном направлении опубликованы в статье [25]:
De Luca O., Shvets I. A., Eremeev S. V., Aliev Z. S., Kopciuszynski M., Barinov A., Ronci F., Colonna S., Chulkov E. V., Agostino R. G., Papagno M., Flammini R. Floating of the topological surface state on top of a thick lead layer: The case of the Pb/Bi2Se3 interface // Phys. Rev. Materials. - 2023. - Vol. 7. - P. 124203. Impact Factor = 3.4, квартиль Q1 (дата публикации 21 декабря 2023 г.) https://doi.org/10.1103/PhysRevMaterials.7.124203

4. Теоретический анализ и экспериментальное подтверждение существования ферромагнитной и антиферромагнитной фаз в магнитных топологических изоляторах со стехиометрией Mn(1-x)AхBi2Te4 (где А – элементы типа Ge, Sn, Pb, Sb и их комбинация, а х - изменение концентрации этих элементов), MnBi(2-х)BiхTe4 и MnBi2Te(4-х)Cх (где С – элементы типа Se, Te и их комбинация), а также в семействе ТИ MnBi2Te4+n(Bi2Te3) при допировании различными элементами

4.1 Топологические фазовые переходы в системе (Mn1-xGex)Bi2Te4
Антиферромагнитное упорядочение, присущее системе MnBi2Te4, создает уникальные возможности для изучения топологических фазовых переходов в соединениях типа (Mn1-xGex)Bi2Te4, где магнитные атомы Mn замещаются немагнитными атомами Ge. Это замещение позволяет варьировать электронные и магнитные свойства системы, предоставляя возможность для фундаментальных исследований и возможного применения в области спинтроники и квантовых вычислений.
В данной работе была проведена теоретическая оценка изменений электронной структуры системы при варьировании состава Ge и Mn. Для расчета зонной структуры использовалось приближение когерентного потенциала (CPA) в рамках метода Корринги-Кона-Ростокера (KKR), который позволил учесть влияние беспорядка, вызванного перемешиванием атомов Mn и Ge, без необходимости моделирования крупных суперячеек. В работе представлена рассчитанная зонная структура (Mn1-xGex)Bi2Te4 вдоль пути K–Γ–Z в зоне Бриллюэна при различных значениях x: от 0 до 1. Показано изменение ширины запрещенной зоны при постепенном замещении магнитных атомов Mn немагнитными атомами Ge.
Согласно расчетам, запрещенная зона вначале уменьшается по мере роста x, достигая нулевой ширины в диапазоне x=0.4–0.6, что указывает на возможность существования бесщелевого состояния и фазового перехода. При дальнейшем увеличении x (от 0.6 и выше) запрещенная зона снова открывается, что может указывать на переход системы к топологическому изолятору. Погрешности при этом соответствуют удвоенной ширине зон, что позволяет оценить неопределенности в определении ширины запрещенной зоны для различных значений x.
Эти теоретические результаты согласуются с экспериментальными наблюдениями, полученными с помощью ARPES, и подтверждают, что в системе (Mn1-xGex)Bi2Te4 можно наблюдать управляемые фазовые переходы, связанные с изменением состава.
Результаты работы по проекту в данном направлении опубликованы в статье [26]:
Frolov A. S., Usachov D. Yu., Tarasov A. V., Fedorov A. V., Bokai K. A., Klimovskikh I., Stolyarov V. S., Sergeev A. I., Lavrov A. N., Golyashov V. A., Tereshchenko O. E., Di Santo G., Petacсia L., Clark O. J., Sanchez-Barriga J. and Yashina L. V. Magnetic Dirac semimetal state of (Mn,Ge)Bi2Te4 // Communications Physics. – 2024. – Vol. 7. – N. 180. Impact Factor = 5.4, квартиль Q1 https://doi.org/10.1038/s42005-024-01675-w

4.2 Экспериментальное и теоретическое исследование электронной структуры системы Mn1−xGexBi2Te4 при изменении концентрации Ge от 12% до 90%.
В данной работе с помощью метода фотоэлектронной спектроскопии с угловым разрешением проведено экспериментальное исследование электронной структуры системы Mn1−xGexBi2Te4 при изменении концентрации Ge от 12% до 90%. Анализ представленных спектров показывает постепенное уменьшение величины объемной запрещенной зоны по мере увеличения концентрации Ge, вплоть до значений x 47-60%. При концентрациях 47-51% возникает менее выраженный конус объемных состояний.
Наблюдаемое уменьшение запрещенной зоны, приводящее к явной нулевой величине энергетической запрещенной зоны при увеличении концентрации Ge, формирует плато в диапазоне концентраций 45-55%. Наблюдение плато подтверждает, что в исследуемой системе возможны топологические фазовые переходы (ТФП) в состояния Вейлевского или Дираковского полуметалла.
Для проверки предположения о влиянии вариации величины СОВ (λSOC) на изменение магнитного межслоевого взаимодействия Mn-Mn, определяющего возможный переход между фазами топологического изолятора и Вейлевского полуметалла, а также тривиальным изолятором, были проведены модельные расчеты. Для сравнения влияние λSOC было рассмотрено для системы Mn1-xGexBi2Te4 с концентрацией Ge 50% как для антиферромагнитной, так и ферромагнитной фазы. Предполагается, что для этой системы переход в фазу Вейлевского полуметалла наиболее вероятен.
В работе показаны теоретически рассчитанные изменения дисперсионных зависимостей для системы с ферромагнитным типом упорядочения при изменении величины СОВ (λSOC) относительно исходного значения 1. Расчеты показывают, что уменьшение λSOC приводит к смещению точки Вейля в направлении ΓZ в сторону Γ-точки. Этот сдвиг приводит к переходу от структуры Вейлевского полуметалла к структуре Дираковского полуметалла. Инверсия вкладов состояний Te pz и Bi pz на краях запрещенной зоны позволяет предположить, что при уменьшении λSOC происходит переход в фазу тривиального изолятора. При увеличении λSOC точка Вейля также смещается в сторону Γ-точки, в результате это приводит к образованию состояния Дираковского полуметалла с одной точкой пересечения в Γ-точке. Дальнейшее увеличение λSOC приводит к повторному открытию запрещенной зоны в точке Γ, приводя к ТФП в фазу топологического изолятора. Таким образом, величина λSOC может влиять на эффективное обменное взаимодействие в системе, приводя к серии ТФП между фазами топологических или тривиальных изоляторов через фазы полуметаллов Дирака, Вейля и снова Дирака, в зависимости от увеличения или уменьшения λSOC.
Проведены сравнения с расчетом для системы с антиферромагнитным взаимодействием. По мере уменьшения λSOC в точке Дирака открывается энергетическая запрещенная зона. Инверсия вкладов состояний Te pz и Bi pz на краях запрещенной зоны указывает на ТФП в фазу тривиального изолятора. При увеличении λSOC энергетическая запрещенная зона снова открывается, причем вклады состояний Te pz и Bi pz на краях запрещенной зоны характерны для антиферромагнитного топологического изолятора. В результате расчеты показали, что в антиферромагнитной фазе не происходит переход в Вейлевское состояние. Такой переход возможен только для системы в ферромагнитной фазе или при переходе в ферримагнитное состояние.
Результаты работы по проекту в данном направлении опубликованы в статье [27]: Shikin A.M., Zaitsev N.L., Estyunina T.P., Estyunin D.A., Rybkin A.G., Glazkova D.A., Klimovskikh I.I., Eryzhenkov A.V., Kokh K.A., Golyashov V.A., Tereshchenko O.E., Ideta S., Miyai Y., Kumar Y., Iwata T., Kosa T., Kuroda K., Shimada K., and Tarasov A.V. Phase transitions, Dirac and Weyl semimetal states in Mn1−xGexBi2Te4 // Scientific Reports. – 2024. – Принята в печать. Impact Factor = 3.8, квартиль Q1

4.3 Теоретическое исследование модификации электронной структуры систем вида Mn1−xAxBi2Te4/MnBi2Te4, где A = Si, Ge, Sn, Pb
В рамках работы по проекту было проведено теоретическое исследование новых систем на основе собственного антиферромагнитного (АФМ) топологического изолятора (ТИ) MnBi2Te4 с частичной заменой атомов магнитных металлов (Mn) на атомы немагнитных элементов (Si, Ge, Sn, Pb) только в первом семислойном блоке (СБ) с целью модификации электронной структуры исходной системы.
В данной работе были проведены ab initio расчеты для систем вида Mn1−xAxBi2Te4/MnBi2Te4, где A = Si, Ge, Sn, Pb; x = 0, 0.25, 0.5, 0.75, а также был проведен детальный анализ возможностей модуляции величины энергетической запрещенной зоны (ЭЗЗ) в точке Дирака при сохранении уникальных объемных топологических свойств.
Результаты исследования показали значительную модуляцию величины энергетической запрещенной зоны в широком диапазоне от 60 мэВ до 0 мэВ при увеличении концентрации замещения x. Более того, было обнаружено, что выбор замещающего элемента влияет на характер изменения величины энергетической запрещенной зоны. Так, для Si и Ge была выявлена монотонная зависимость величины энергетической запрещенной зоны от x, в то время как для Sn и Pb минимальное значение энергетической запрещенной зоны наблюдалось при x = 0.75. Полученные в работе результаты позволяют предположить, что основным механизмом модуляции энергетической запрещенной зоны в исследованных системах является изменение локализации топологических поверхностных состояний.
Результаты работы по проекту в данном направлении опубликованы в статье [28]:
Естюнина Т. П., Тарасов А. В., Ерыженков А. В., Естюнин Д. А., Шикин А. М. Модификация топологических поверхностных состояний в новых синтетических топологических системах Mn1−xAxBi2Te4/MnBi2Te4 (A=Si, Ge, Sn, Pb) // Письма в ЖЭТФ. - 2024. – Т. 119. – N. 6. – С. 439 – 445. Impact Factor = 1.3, квартиль Q3 http://jetpletters.ru/ps/2456/article_36111.shtml

4.4 Изучение изменений электронной структуры магнитного топологического изолятора (ТИ) MnBi₂Te₄ при частичном замещении атомов Mn на Pb в твердом растворе (Mn1−xPbₓ)Bi₂Te₄
В рамках проекта проведено исследование изменений электронной структуры магнитного топологического изолятора (ТИ) MnBi₂Te₄ при частичном замещении атомов Mn на Pb в твердом растворе (Mn1−xPbₓ)Bi₂Te₄. Это замещение позволяет целенаправленно изменять магнитные и электронные свойства исходного материала. В работе были использованы различные методики, основанные на фотоэлектронной спектроскопии с угловым разрешением, которые включают исследования со спиновы разрешением, исследование циркулярного дихроизма и исследования при фотовозбуждении светом с различной энергией. С использованием данных передовых методов была показана эволюция электронной структуры материала и подтверждено существование фазы, топологически отличной от MnBi₂Te₄ и PbBi₂Te₄, при концентрации Pb около 50%.
Результаты показывают, что ширина запрещённой зоны монотонно уменьшается с увеличением концентрации Pb: от 60 мэВ при 6% замещения до практически 0 мэВ при 40%. В диапазоне концентраций 40%-60% запрещённая зона остаётся неизменной и близкой к нулю, а затем увеличивается при концентрациях выше 80%, достигая 90 мэВ. При этом электронная структура переходит от MnBi₂Te₄-подобной к PbBi₂Te₄-подобной в диапазоне концентраций от 60% до 80%. Топологические поверхностные состояния чётко наблюдаются при концентрациях Pb до 30% и выше 80%, но отсутствуют в промежуточной области (при 55% подтверждено на основе спин-разрешенных измерений). Это свидетельствует о том, что материал в данном диапазоне находится в другой топологической фазе относительно крайних состояний (MnBi₂Te₄ и PbBi₂Te₄). Предполагается, что эта фаза может быть полуметаллической или фазой тривиального изолятора с узкой запрещённой зоной. Измерения подтвердили, что данная топологически тривиальная фаза наблюдается в широком диапазоне концентраций Pb от 40% до 60%, то есть, где ширина запрещённой зоны практически не изменяется.
Таким образом, в смешанном кристалле (Mn1−xPbₓ)Bi₂Te₄ происходят как минимум два топологических фазовых перехода: от фаз сильного топологического изолятора при низких и высоких концентрациях Pb к тривиальной фазе в промежуточной области. В фазах сильного ТИ возможно непрерывное изменение ширины запрещённой зоны. В целом полученные результаты показывают широкий спектр возможностей управления электронной структурой (Mn1−xPbₓ)Bi₂Te₄, что делает материал перспективным для применения в спинтронике и квантовых технологиях. Работа демонстрирует, что замещение Mn на Pb является эффективным методом для точной настройки свойств MnBi₂Te₄, что открывает новые возможности для использования материала в передовых электронных устройствах.
Результаты работы по проекту в данном направлении опубликованы в статье [29]:
Estyunin D. A., Estyunina T. P., Klimovskikh I. I., Bokai K. A., Golyashov V. A., Kokh K. A., Tereshchenko O. E., Ideta S., Miyai Y., Kumar Y., Iwata T., Kosa T., Okuda T., Miyamoto K., Kuroda K., Shimada K., Shikin A. M. The electronic structure of (Mn1−xPbx)Bi2Te4: experimental evidence of topological phase transition // Physical Review Research. – 2024. – Направлена в редакцию 1 ноября 2024 г., находится на рассмотрении. Impact Factor = 3.5, квартиль Q1. Статья опубликована в электронном архиве: https://arxiv.org/abs/2411.10390

5. Экспериментальное и теоретическое исследование особенностей электронной и спиновой структуры систем на основе графена, синтезированного на поверхности тонких пленок магнитных металлов различной природы (переходные и редкоземельные) с последующей контролируемой интеркаляцией атомов тяжелых металлов с сильным спин-орбитальным взаимодействием. Исследование механизмов усиления спин-орбитального и обменного взаимодействия в графене необходимого для реализации квантового аномального эффекта Холла и разработки устройств спинтроники на основе графена

5.1 Экспериментальное и теоретическое исследование ферримагнитного упорядочения в графене и нижележащем монослое золота на подложке Co(0001)
В рамках проекта проведены исследования двумерного ферримагнетизма в графене и нижележащем монослое Au методами сканируюшей туннельной микроскопии/спектроскопии (СТМ/СТС) и теории функционала плотности (ТФП).
Проведены измерения системы Gr/Au/Co(0001) методами СТМ/СТС при комнатной температуре образца и при охлаждении с использованием жидкого гелия и во внешнем магнитном поле. На изображении, полученном при комнатной температуре образца и на более близких расстояниях между иглой и поверхностью, различаются две подрешетки графена. При этом, вектор намагниченности ультратонкого слоя Co лежит в плоскости поверхности. Измерения при низких температурах и в перпендикулярном к поверхности магнитном поле показывают наличие одной подрешетки графена, расположенной в ГЦК пустотах по отношению к нижележащим слоям Co и имеющей атомные магнитные моменты сонаправленные с намагниченностью Co. Несмотря на то, что ТФП расчет подтверждает ферримагнитное состояние в графене для перпендикулярной намагниченности системы (величина запрещенной зоны ∼ 30 мэВ и спиновое расщепление вблизи K̄ точки∼ 40 мэВ), мы имеем существенное различие в СТМ изображениях, полученных при различных условиях. Картирование с измерением СТС спектров в каждой точке также показало только одну подрешетку на срезах при различных значениях туннельного напряжения. Для объяснения наблюдаемого эффекта было проведено моделирование СТС спектров с уширением пиков контуром Лоренца на оптимальном расстоянии ∼ 2,3 Å, при котором было найдено хорошее совпадение с экспериментальным спектром. Проведено сравнение теоретических кривых локальной плотности электронных состояний на одной из подрешеток графена и с разрешением по спину с суммарной экспериментальной кривой по всему изображению СТМ. Положение пиков графена и величина запрещенной зоны хорошо согласуются между собой, что подтверждает ферримагнитное упорядочение в графене и открытие запрещенной зоны магнитного характера.
На основе проведенных исследований можно сделать следующие выводы. Ферримагнетизм в графене и нижележащем слое Au проявляется в виде спектроскопических особенностей, наблюдаемых методами ФЭСУР и СТС. В Г точке вблизи уровня Ферми наблюдаются диракоподобные спин-поляризованные состояния. Данные состояния характерны для ферримагнитного упорядочения в слое Au, которое возникает в результате образования петлевых дислокаций. В сильном магнитном поле обнаружена запрещенная зона в электронной структуре графена, характерная для внеплоскостного ферримагнитного упорядочения. При этом, на изображениях СТМ при определенных параметрах измеряется только одна подрешетка графена. Наличие внеплоскостной намагниченности на графене и индуцированного спин-орбитального взаимодействия по типу Рашбы вследствие эффекта близости со слоями магнитного и тяжелого металлов является необходимым для наблюдения квантового аномального эффекта Холла. Соотношение величин магнитного момента на атомах углерода и постоянной Рашбы определят силу квантового аномального эффекта Холла и допустимую температуру системы для экспериментального наблюдения эффекта.
Таким образом, наличие ферримагнитного упорядочения в слоях можно подтвердить не только прямыми методами регистрирующими магнитные свойства системы или проекцию спина электронных состояний, но и на основе сделанных наблюдений методами ФЭСУР, СТС и ТФП. Экспериментальный и теоретические исследования были проведены в Научном парке СПбГУ и в центре перспективных методов мезофизики и нанотехнологий МФТИ.
Результаты работ по проекту лаборатории в данном направлении вошли в основу докторской диссертации Рыбкина Артема Геннадиевича, которая принята к защите в СПбГУ и опубликована на сайте:
А.Г. Рыбкин "Синтез и электронная спиновая структура квазидвумерных систем с комбинацией спин-орбитального и магнитного обменного взаимодействий", диссертация на соискание ученой степени доктора физико-математических наук. Научная специальность 1.3.8. Физика конденсированного состояния. https://disser.spbu.ru/zashchita-uchenoj-stepeni-spbgu/1350-rybkin-artem-gennadievich.html.

6. Экспериментальное и теоретическое исследование электронной и спиновой структуры поверхностных состояний в материалах с сильным спин-орбитальным и обменным магнитным взаимодействиями, в частности в материалах класса RT2Si2, RT2P2, и RnTmIn(3n+2m), где R – редкоземельный, a T – переходный элементы

6.1 Магнетизм, теплоемкость и электронная структура EuCd2P2 ввиду его колоссального магнитосопротивления
Механизм особых транспортных свойств вблизи температуры магнитного упорядочения полупроводникового антиферромагнитного материала EuCd2P2 пока остается неясным. С огромным пиком сопротивления, наблюдаемым выше температуры Нееля TN = 10.6 K, он демонстрирует колоссальный эффект магнитосопротивления. Недавние отчеты о наблюдениях ферромагнитных вкладов выше TN, а также металлического поведения ниже этой температуры побудили нас провести всестороннюю характеристику этого материала, включая его сопротивление, теплоемкость, магнитные свойства и электронную структуру. Наши измерения транспортных свойств выявили иную температурную зависимость сопротивления с максимумом при 14 K вместо ранее сообщавшихся 18 K. Данные о магнитной восприимчивости в малых полях подтверждают наличие статического ферромагнетизма выше TN и показывают сложное поведение материала при малых приложенных магнитных полях. А именно, признаки переориентации магнитных доменов наблюдаются вплоть до T = 16 K. Наши измерения намагниченности указывают на сильную магнитокристаллическую анизотропию, которая также проявляется выше TN. Эксперименты по фотоэмиссии с разрешением по импульсу при температурах от 24 до 2.5 K указывают на постоянное присутствие фундаментальной запрещенной зоны без видимых изменений электронной структуры при прохождении через TN, что противоречит предыдущим результатам других исследователей. Были проведены расчеты зонной структуры из первых принципов, которые хорошо согласуются с измеренными данными фотоэмиссии в предположении антиферромагнитного основного состояния. Расчеты для ферромагнитной фазы показывают гораздо меньшую запрещенную зону, что указывает на важность возможных ферромагнитных вкладов для объяснения колоссального эффекта магнитосопротивления в близком по свойствам материале EuZn2P2.
Результаты работы по проекту в данном направлении опубликованы в статье [30]:
Usachov D. Yu., Krebber S., Bokai K. A., Tarasov A. V., Kopp M., Garg Ch., Virovets A., Müller J., Mende M., Poelchen G., Vyalikh D. V., Krellner C., Kliemt K. Magnetism, heat capacity, and electronic structure of EuCd2P2 in view of its colossal magnetoresistance // Physical Review B. – 2024. – Vol. 109. – P. 104421. Impact Factor = 3.2, квартиль Q1 https://doi.org/10.1103/PhysRevB.109.104421

6.2 Анализ электрон-фононных и электрон-магнонных взаимодействий в слабом зонном ферромагнетике LaCo2P2
Изучение и понимание многочастичных взаимодействий, в частности электрон-бозонных взаимодействий, имеет важное значение как для понимания фундаментальных физических явлений, так и для разработки новых функциональных материалов. Мы исследовали этот аспект в слабом коллективизированном ферромагнетике LaCo2P2 с помощью фотоэлектронной спектроскопии с угловым разрешением (ФЭСУР) и расчетов из первых принципов. Свойства семейства LnCo2P2 определяются конкурирующими взаимодействиями, что приводит к различным магнитным порядкам как в объеме, так и вблизи их поверхностей. Уникальной для LaCo2P2 является структурная близость к критической точке магнитного фазового перехода, что приводит к слабому коллективизированному ферромагнитному порядку. Благодаря тщательному анализу данных ФЭСУР, полученных от LaCo2P2, мы идентифицировали объемные и поверхностные электронные зоны. Для поверхности с P-терминацией наблюдался эффект Рашбы, а также нарушение магнитного порядка моментов Co 3d. В объеме вокруг точки M обнаружены большие карманы Co 3d-электронов со значительно сокращенным временем жизни и перегибами, указывающими на существенную перенормировку вследствие электронов-бозонного взаимодействия, более сильную, чем на поверхности. Наше теоретическое описание показывает, что экспериментально наблюдаемая электронная структура может быть точно описана с помощью DFT без включения члена Хаббарда для отталкивания электронов Co 3d. Мы обнаружили, что это является прямым результатом перенормировки зонной структуры из-за спиновых возбуждений, что эффективно подавляет влияние члена U на зонную структуру для основного спинового канала. Кроме того, зависящие от энергии сокращенные времена жизни и перегибы состояний Co 3d вокруг точки M приписываются фононам. В частности, колебательные моды фосфора, несмотря на их минимальный прямой вклад в состояния Co 3d, играют значительную роль.
Наши результаты подчеркивают, как в этом слабом коллективизированном ферромагнетике электронная структура сильно перенормируется электронно-магнонными взаимодействиями. Поскольку магнитные фазовые переходы в LnCo2P2 сопровождаются структурными изменениями, основное магнитное состояние и его возбуждения, по-видимому, связаны с фононными возбуждениями. Наши результаты предполагают, что взаимодействия между электронами, фононами и магнонами, вероятно, ответственны за необычные магнитные свойства LaCo2P2. Похожие электронные состояния можно найти в изоструктурных железных пниктидных сверхпроводниках, где спиновые возбуждения считаются существенными для возникновения сверхпроводимости. Наши результаты также показывают значительное влияние фононных мод на 3d-состояния переходных металлов, в частности, колебательную моду пниктогена при более высоких энергиях. Ожидается, что ряд соединений LnCo2P2, а также аналогичные семейства, содержащие как магнитно-активные атомы лантаноидов, так и атомы переходных металлов, могут служить перспективными платформами для исследования сложной и захватывающей физики как в объеме, так и на поверхности, обусловленной эффектами Кондо и Рашбы, обменными взаимодействиями и электронно-бозонными связями.
Результаты работы по проекту в данном направлении опубликованы в статье [31]:
Usachov D.Yu., Ali K., Poelchen G., Mende M., Schulz S., Peters M., Bokai K., Sklyadneva I.Yu., Stolyarov V., Chulkov E.V., Kliemt K., Paischer S., Buczek P.A., Heid R., Hempel F., Ruesing M., Ernst A., Krellner C., Eremeev S.V., Vyalikh D.V. Unveiling Electron-Phonon and Electron-Magnon Interactions in the Weak Itinerant Ferromagnet LaCo2P2 // Advanced Physics Research – 2024. – Принята в печать. https://onlinelibrary.wiley.com/journal/27511200

7. Детальный анализ возможности получения информации о структуре и магнитном упорядочении поверхности материалов, определению ориентации магнитных моментов в индивидуальных слоях лантаноидов в квазидвумерных системах. Анализа матричного элемента поглощения рентгеновских лучей и фотоэмиссии. Исследование изменения структурных свойств у поверхности и выявлению двумерного магнетизма и Кондо решеток в приповерхностных блоках кристаллов. Разработка модели для описания резонансной фотоэмиссии и рентгеновского поглощения с учетом магнитного упорядочения и возможного расщепления основного состояния в электрическом поле кристалла

7.1 Исследование поверхностных и объемных основных состояний лантаноидов: ориентация 4f момента с помощью спектров XAS
Знание основного состояния лантанидов (Ln) в материалах на основе Ln имеет фундаментальное значение для понимания их свойств, особенно тех, которые связаны с магнетизмом. В кристаллических материалах величина и ориентация магнитных моментов 4f часто сильно зависят от кристаллического электрического поля (CEF), что делает их сложными для предсказания из первых принципов. Эта сложность усиливается в низкоразмерных системах и наноструктурах, где CEF может существенно меняться вблизи поверхностей и на границах раздела. Связанные с этим изменения основного состояния 4f должны исследоваться методами с контролируемой поверхностной чувствительностью, для чего хорошо подходят методы спектроскопии поглощения рентгеновских лучей (XAS).
В данной работе нами проведены систематические измерения спектров XAS на краю Ln 4d в слоистых антиферромагнетиках LnRh2Si2. Мы исследовали их Si и Ln поверхности (терминации), проводя измерения в режимах поверхностно-чувствительного парциального (PEY) и объемно-чувствительного полного (TEY) квантового выхода. Для всестороннего анализа полученных спектров XAS мы провели детальное моделирование, чтобы оценить вклад различных каналов распада остовной вакансии в форму спектральных линий перед краем и в области гигантского резонанса. В работе представлены экспериментальные и модельные результаты для системы TmRh2Si2. Проведенный анализ спектров поглощения указывает на значительные изменения в основном состоянии лантанидов вблизи поверхности, что потенциально приводит к переориентации их 4f-моментов, приписываемой изменениям в CEF. Полученные выводы прекрасно согласуются с данными, полученными другими методами, в частности, с результатами фотоэмиссионных измерений 4f. Отмечено, что величина расщепления CEF, особенно между основным и первым возбужденным состоянием, а также температура измерений XAS могут существенно повлиять на результаты анализа. Из-за вовлечения различных CEF-расщепленных 4f-уровней в спектр могут вносить вклад состояния с различными |MJ>, что усложняет анализ.
Нами также представлена обширная база данных рассчитанных Ln 4d спектров XAS в числовом формате для всех лантанидов. Представленные результаты облегчат изучение материалов и молекулярных комплексов на основе Ln, позволяя всесторонне анализировать данные XAS, в том числе полученные методами магнитного линейного и кругового дихроизма, а также связанные с ними спектромикроскопические исследования.
Результаты работы по проекту в данном направлении опубликованы в статье [32]:
Usachov D. Yu., Bokai K. A., Klimovskikh I. I., Ali K., Schiller F., Poelchen G., Stolyarov V. S., Kliemt K., Krellner C., Vyalikh D. V. Probing Surface and Bulk Ground States of Lanthanides: 4f Moment Orientation through 4d X-ray Absorption Spectroscopy // Physical Review B. – 2024. – Vol. 110. – P. 075157. Impact Factor = 3.2, квартиль Q1 https://doi.org/10.1103/PhysRevB.110.075157

7.2 Резонансная 4f фотоэлектронная дифракция: взгляд на соединения Yb
Фотоэлектронная дифракция (ФЭД) — эффективный метод структурного анализа кристаллических поверхностей, примесей и дефектов, тонких пленок и низкоразмерных материалов. Для различения тонкой структуры ФЭД-картин необходимо иметь интенсивный сигнал фотоэмиссии. Для определенных случаев, таких как исследование глубоких атомных слоев и примесей, возможность усиления сигнала становится чрезвычайно важной. Желаемое усиление может получить с помощью резонансной ФЭД (РФЭД), где энергия фотона настраивается на краю поглощения выбранной остовной электронной оболочки. Мы изучили и продемонстрировали возможности РФЭД на примере изучения соединений лантаноидов. Чтобы раскрыть потенциал этого метода, мы показали, как свойства основного состояния ионов Yb в тяжелофермионном соединении YbRh2Si2 и его трехвалентном аналоге YbCo2Si2 могут быть определены с помощью измерений и моделирования РФЭД. Проанализировав угловые распределения интенсивности фотоэмиссионных линий в спектре Yb3+, мы определили оптимальную схему расщепления 4f состояний Yb в кристаллическом поле, дающую наилучшее согласие эксперимента и расчета. Критерием согласия является минимум R-фактора, который позволил однозначно определить параметры основного состояния ионов Yb в кристалле. Предоставив рецепт моделирования и показав возможности и ограничения РФЭД, мы ожидаем широкого применения этого метода для изучения свойств систем на основе лантаноидов.
Результаты работы по проекту в данном направлении опубликованы в статье [33]:
Usachov D. Yu., Poelchen G., Tupitsyn I. I., Bokai K. A., Glazkova D., Tarasov A. V., Mende M., Fedorov A. V., Stolyarov V. S., Krellner C., Vyalikh D. V. Resonant 4f photoelectron diffraction: Insight into Yb compounds // Physical Review B. – 2024. – Vol. 109. – P. L241118. Impact Factor = 3.2, квартиль Q1 https://doi.org/10.1103/PhysRevB.109.L241118

 
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1. Klimovskikh I.I., Eremeev S.V., Estyunin D.A., Filnov S.O., Shimada K., Golyashov V.A., Solovova N.Yu., Tereshchenko O.E., Kokh K.A., Frolov A.S., Sergeev A.I., Stolyarov V.S., Mikšić Trontl V., Petaccia L., Di Santo G., Tallarida M., Dai J., Blanco-Canosa S., Valla T., Shikin A.M., Chulkov E.V. Interfacing two-dimensional and magnetic topological insulators: Bi bilayer on MnBi2Te4-family materials // Materials Today Advances. – 2024. – Vol. 23. – P. 100511.
2. Шикин А. М., Естюнина Т. П., Ерыженков А. В., Зайцев Н. Л., Тарасов А. В. Исследование взаимосвязи топологического фазового перехода, аксионо-подобного состояния и магнитоэлектрического эффекта в антиферромагнитном топологическом изоляторе MnBi2Te4 // ЖЭТФ. – 2024. – Т. 165. – N. 4. – С. 544 – 557.
3. Kumar N., Ishchenko D.V., Milekhin I.A., Kyrova E.D., Milekhin A. G., Tereshchenko O.E. Chemical composition dependent Raman scattering spectroscopy of MBE grown manganese - based bismuth telluride topological insulator thin films // Journal of Raman Spectroscopy. – 2024. Направлена повторно 18 ноября 2024 г., находится на рассмотрении.
4. Shvets I. A., Chulkov E. V., Eremeev S. V. Interplay between Dirac and Rashba surface states specific for topologically nontrivial van der Waals superlattices // Physical Review B. – 2024. – Vol. 110. – P. 205113.
5. Rusinov I. P., Men’shov V. N., Chulkov E. V. Electron states emerging at magnetic domain walls of magnetic semiconductors with strong Rashba effect // Physical Review B. – 2024. – Vol. 110. – P. 195405.
6. Spin Current, edited by S. Maekawa, S. O. Valenzuela, E. Saitoh, and T. Kimura (Oxford University Press, 2012).
7. Pesin D., MacDonald A. H. Spintronics and pseudospintronics in graphene and topological insulators // Nat. Mater. – 2012. – 11. – P. 409-416.
8. Miron I. M., Garello K., Gaudin G., Zermatten P.-J., Costache M. V., Auffret S., Bandiera S., Rodmacq B., Schuhl A., Gambardella P. Perpendicular switching of a single ferromagnetic layer induced by in-plane current injection // Nature (London). – 2011. – Vol. 476. – P. 189-193.
9. Miron I. M., Gaudin G., Auffret S., Rodmacq B., Schuhl A., Pizzini S., Vogel J., Gambardella P. Current-driven spin torque induced by the Rashba effect in a ferromagnetic metal layer // Nat. Mater. – 2010. – Vol. 9. – P. 230-234.
10. Ast C. R., Wittich G., Wahl P., Vogelgesang R., Pacilé D., Falub M. C., Moreschini L., Papagno M., Grioni M., Kern K. Local detection of spin-orbit splitting by scanning tunneling spectroscopy // Phys. Rev. B. – 2007. – Vol. 75. – P. 201401(R).
11. Ortega J. E., Vasseur G., Schiller F., Piquero-Zulaica I., Weber A. P., Rault J., Valbuena M. A., Schirone S., Matencio S., Sviatkin L. A., Terenteva D. V., Koroteev Yu. M., Chulkov E. V., Mugarza A., Lobo-Checa J. Atomically precise step grids for the engineering of helical states // Physical Review B. – 2024. – Vol. 109. – P. 125427.
12. Bobkov G. A., Bokai K. A., Otrokov M. M., Bobkov A. M., Bobkova I. V. Gate-controlled proximity effect in superconductor/ferromagnet van der Waals heterostructures // Phys. Rev. Materials. – 2024. – Vol. 8. – P. 104801.
13. Haruta, M. Size- and support-dependency in the catalysis of gold // Catal. Today. – 1997. – Vol. 36. – P. 153–166.
14. Yeates R.C., Somorjai G.A. Surface structure sensitivity of alloy catalysis: Catalytic conversion of n-hexane over Au-Pt(111) and Au-Pt(100) alloy crystal surfaces // J. Catal. – 1987. – Vol. 103. – P. 208–212.
15. Salmerón M., Ferrer S., Jazzar M., Somorjai G.A. Photoelectron-spectroscopy study of the electronic structure of Au and Ag overlayers on Pt(100), Pt(111), and Pt(997) surfaces // Phys. Rev. B. – 1983. – Vol. 28. – P. 6758–6765.
16. Stoppmanns P., Heidemann B., Irmer N., Müller N., Vogt B., Schmiedeskamp B., Heinzmann U., Tamura E., Feder R. Au-induced surface state on Pt(111) revealed by spin-resolved photoemission with linearly polarized light // Phys. Rev. Lett. – 1991. – Vol. 66. – P. 2645–2648.
17. Silkin I.V., Koroteev Y.M., Silkin V.M., Chulkov E.V. Modification of a Shockley-Type Surface State on Pt(111) upon Deposition of Gold Thin Layers // Materials. – 2018. – Vol. 11. – 2569.
18. Koroteev Yu. M., Silkin I. V., Silkin V. M., Chulkov E. V. Quantum-Size Effects in Ultra-Thin Gold Films on Pt(111) Surface // Materials. – 2024. – Vol. 17(1). – P. 63.
19. Jang J., Ferguson D. G., Vakaryuk V., Budakian R., Chung S. B., Goldbart P. M., Maeno Y. Observation of Half-Height Magnetization Steps in Sr2RuO4 // Science. – 2011. – Vol. 331. – Issue 6014. – P. 186-188.
20. Iguchi Y., Shi R. A., Kihou K., Lee Ch.-H., Barkman M., Benfenati A.L., Grinenko V., Babaev E., Moler K.A. Superconducting vortices carrying a temperature-dependent fraction of the flux quantum // Science. – 2023. – Vol. 380. – Issue 6651. – P. 1244-1247.
21. E. A. Teplyakov, V. G. Yarzhemsky «Space-group approach to the Ginzburg-Landau phase winding in topological superconductors: Application to Sr2RuO4» J. Phys.: Condens. Matter. – 2024. Направлена в редакцию 17 октября 2024 г., находится на рассмотрении.
22. Fukushima R., Antonov V. N., Otrokov M. M., Sasaki T. T., Akiyama R., Sumida K., Ishihara K., Ichinokura S., Tanaka K., Takeda Y., Salinas D. P., Eremeev S. V., Chulkov E. V., Ernst A., and Hirahara T. Direct evidence of induced magnetic moment in Se and the role of misplaced Mn in MnBi2Se4-based intrinsic magnetic topological insulator heterostructures // Phys. Rev. Materials. – 2024. – Vol. 8. – P. 084202.
23. Зверев В. Н., Абдуллаев Н. А., Алиев З. С., Амирасланов И. Р., Отроков М. М., Мамедов Н. Т., Чулков Е. В. Транспортные свойства семейства магнитных топологических изоляторов (MnBi2Te4)(Bi2Te3)m (m = 0,1,...,6) // Письма в ЖЭТФ. – 2023. – Vol. 118. – N. 12. – P. 902-907.
24. Sahoo M., Onuorah I. J., Folkers L. C., Kochetkova E., Chulkov E. V., Otrokov M. M., Aliev Z. S., Amiraslanov I. R., Wolter A. U. B., Büchner B., Corredor L. T., Wang C., Salman Z., Isaeva A., De Renzi R., Allodi G. Ubiquitous Order-Disorder Transition in the Mn Antisite Sublattice of the (MnBi2Te4)(Bi2Te3)n Magnetic Topological Insulators // Advanced Science. – 2024. – P. 2402753.
25. De Luca O., Shvets I. A., Eremeev S. V., Aliev Z. S., Kopciuszynski M., Barinov A., Ronci F., Colonna S., Chulkov E. V., Agostino R. G., Papagno M., Flammini R. Floating of the topological surface state on top of a thick lead layer: The case of the Pb/Bi2Se3 interface // Phys. Rev. Materials. - 2023. - Vol. 7. - P. 124203.
26. Frolov A. S., Usachov D. Yu., Tarasov A. V., Fedorov A. V., Bokai K. A., Klimovskikh I., Stolyarov V. S., Sergeev A. I., Lavrov A. N., Golyashov V. A., Tereshchenko O. E., Di Santo G., Petacсia L., Clark O. J., Sanchez-Barriga J. and Yashina L. V. Magnetic Dirac semimetal state of (Mn,Ge)Bi2Te4 // Communications Physics. – 2024. – Vol. 7. – N. 180.
27. Shikin A.M., Zaitsev N.L., Estyunina T.P., Estyunin D.A., Rybkin A.G., Glazkova D.A., Klimovskikh I.I., Eryzhenkov A.V., Kokh K.A., Golyashov V.A., Tereshchenko O.E., Ideta S., Miyai Y., Kumar Y., Iwata T., Kosa T., Kuroda K., Shimada K., and Tarasov A.V. Phase transitions, Dirac and Weyl semimetal states in Mn1−xGexBi2Te4 // Scientific Reports. – 2024. – Принята в печать.
28. Естюнина Т. П., Тарасов А. В., Ерыженков А. В., Естюнин Д. А., Шикин А. М. Модификация топологических поверхностных состояний в новых синтетических топологических системах Mn1−xAxBi2Te4/MnBi2Te4 (A=Si, Ge, Sn, Pb) // Письма в ЖЭТФ. - 2024. – Т. 119. – N. 6. – С. 439 – 445.
29. Estyunin D. A., Estyunina T. P., Klimovskikh I. I., Bokai K. A., Golyashov V. A., Kokh K. A., Tereshchenko O. E., Ideta S., Miyai Y., Kumar Y., Iwata T., Kosa T., Okuda T., Miyamoto K., Kuroda K., Shimada K., Shikin A. M. The electronic structure of (Mn1−xPbx)Bi2Te4: experimental evidence of topological phase transition // Physical Review Research. – 2024. – Направлена в редакцию 1 ноября 2024 г., находится на рассмотрении. Статья опубликована в электронном архиве: https://arxiv.org/abs/2411.10390
30. Usachov D. Yu., Krebber S., Bokai K. A., Tarasov A. V., Kopp M., Garg Ch., Virovets A., Müller J., Mende M., Poelchen G., Vyalikh D. V., Krellner C., Kliemt K. Magnetism, heat capacity, and electronic structure of EuCd2P2 in view of its colossal magnetoresistance // Physical Review B. – 2024. – Vol. 109. – P. 104421.
31. Usachov D.Yu., Ali K., Poelchen G., Mende M., Schulz S., Peters M., Bokai K., Sklyadneva I.Yu., Stolyarov V., Chulkov E.V., Kliemt K., Paischer S., Buczek P.A., Heid R., Hempel F., Ruesing M., Ernst A., Krellner C., Eremeev S.V., Vyalikh D.V. Unveiling Electron-Phonon and Electron-Magnon Interactions in the Weak Itinerant Ferromagnet LaCo2P2 // Advanced Physics Research – 2024. – 2400137. https://doi.org/10.1002/apxr.202400137
32. Usachov D. Yu., Bokai K. A., Klimovskikh I. I., Ali K., Schiller F., Poelchen G., Stolyarov V. S., Kliemt K., Krellner C., Vyalikh D. V. Probing Surface and Bulk Ground States of Lanthanides: 4f Moment Orientation through 4d X-ray Absorption Spectroscopy // Physical Review B. – 2024. – Vol. 110. – P. 075157.
33. Usachov D. Yu., Poelchen G., Tupitsyn I. I., Bokai K. A., Glazkova D., Tarasov A. V., Mende M., Fedorov A. V., Stolyarov V. S., Krellner C., Vyalikh D. V. Resonant 4f photoelectron diffraction: Insight into Yb compounds // Physical Review B. – 2024. – Vol. 109. – P. L241118.

Информация о привлечении или подаче заявки на финансирование из внешних по отношению к СПбГУ источников:

1.Проект РНФ «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» 2023-2025 г.г. Реквизиты документа: Соглашение № 23-12-00016от 15.05.2023, объем финансирования в 2024 году: 7000000 рублей, руководитель: Шикин Александр Михайлович, Pure ID: 114900688

2. Проект РНФ «Синтез и исследование эпитаксиальных наносистем на основе графена и подложки SiC для реализации квантовых эффектов» 2023-2024 г.г. Реквизиты документа: Соглашение № 23-22-00112 от 13.01.2023, объем финансирования в 2024году: 1 500 000 руб., руководитель: Рыбкин Артем Геннадиевич, Pure ID: 115084962

3. Программа поддержки совместных проектов СПбГУ и Технологического университета имени Шарифа. Проект «Exploring the impact of cryogenic deposition of copper adatomson transport properties and electronic structure of graphene to harness quantumeffects / Исследование влияния адатомов меди, осажденных на графен при криогенных температурах, на его транспортные свойства и электронную структуру для реализации квантовых эффектов». Реквизиты документа: Приказ о подведении итогов конкурса № 10235/1 от 17.07.2024, объем финансирования в 2024 году: Со стороны Технологического Университета имени Шарифа 5000 евро, со стороны СПбГУ- 5000 евро (500000 рублей), руководитель: Рыбкин Артем Геннадиевич, Pure ID: 121825983

4. Подана заявка на проект РНФ «Моделирование новых топологических квазидвумерных гетероструктур для спинтроники», объем финансирования в год: 7000000 рублей, руководитель: Тарасов Артем Вячеславович, Pure ID: 127173371