В рамках работ по проекту в 2022 году можно выделить следующие наиболее важные результаты:

I. Теоретическое и экспериментальное изучение особенностей электронной и спиновой структуры магнитно-упорядоченных и магнитно-допированных топологических изоляторов различного состава.

1. Исследованы ферромагнитные слои в топологическом изоляторе (Bi,Sb)2Te3, допированном марганцем.
Магнитные топологические изоляторы в последнее время стали предметом пристального внимания, среди них особый интерес вызывают Z2 топологические изоляторы с упорядочением магнитного момента, вызванным внедренными магнитными атомами. В таких системах наиболее интригующим является случай магнитной анизотропии, в перпендикулярном поверхности направлении, которая содержит топологически нетривиальное поверхностное состояние. Такие материалы демонстрируют квантовый аномальный эффект Холла, который проявляется в виде хиральных краевых каналов проводимости, которыми можно манипулировать путем изменения поляризации магнитных доменов. В настоящей работе нами исследована атомная структура в объеме и на поверхности топологического изолятора Mn0.06Sb1.22Bi0.78Te3.06, а также его электронные и магнитные свойства.
Показано, что смешанные кристаллы Mn0.06Sb1.22Bi0.78Te3.06 содержат семислойники (SL) в структурных блоках, случайно распределенных по объему кристалла. Каждый блок включает три SL, разделенных двумя или тремя (Bi,Sb)2Te3 пятислойниками (QL). При этом расщепление кристалла происходит преимущественно вдоль интерфейса SL–QL. Поверхность, полученная в результате расщепления, имеет террасы с различной терминацией — SL/QL, QL/SL и QL/QL. Атомы Bi и Sb произвольно замещают друг друга, а атомы Mn преимущественно занимают центральное положение в SL и в очень малой пропорции могут появляться в QL, что косвенно проявляется в виде конуса Дирака с измененной формой, который наблюдается в случае QL/QL терминации. Для QL/SL терминаций зонная структура достаточно сильно отличается и включает М-образную зону. Кристаллы обладают ферромагнитными свойствами благодаря тому, что SL образуют структуры с нечетным числом (три) SL, разделенных двумя или тремя (Bi,Sb)2Te3 QL.
Результаты работы по проекту в данном направлении опубликованы в статье [1]:
Frolov A. S., Usachov D. Yu., Fedorov A. V., Vilkov O. Yu., Golyashov V., Tereshchenko O. E., Bogomyakov A. S., Kokh K., Muntwiler M., Amati M., Gregoratti L., Sirotina A. P., Abakumov A. M., Sánchez-Barriga J., Yashina L. V. Ferromagnetic Layers in a Topological Insulator (Bi,Sb)2Te3 Crystal Doped with Mn // ACS Nano. – 2022. Impact Factor = 18.027 https://doi.org/10.1021/acsnano.2c08217

2. Проведены исследования интерфейса магнитных топологических изоляторов с различной стехиометрией и элементарного сверхпроводника Pb.
В рамках работы по проекту проведено исследование электронной структуры магнитных топологических изоляторов серии (Mn(Bi,Sb)2Te4)(Bi2Te3)m при контакте с атомами Pb. Выявлен механизм роста Странски-Крастанова, как показано с помощью рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии. При малых покрытиях атомы Pb связываются с атомами из блока поверхностного слоя, и дальнейшее осаждение приводит к росту пленки Pb поверх «смачивающего» слоя. С помощью фотоэмиссионной спектроскопии с угловым разрешением исследована реакция топологических состояний поверхности на адсорбцию Pb, которая зависит от стехиометрии образца ТИ. Наши результаты показывают, что синтезированные контакты Pb/топологический изолятор могут быть использованы для реализации сверхпроводящего эффекта близости и создания топологически защищенных квантовых устройств.
Электронная структура семейства Mn-(Bi1−xSbx)2Te4 характеризуется прямой инвертированной объемной запрещенной зоной около 150 мэВ и топологическим поверхностным состоянием, расположенным внутри щели. Исходное соединение MnBi2Te4 характеризуется n-легированием с положением точки Дирака при энергии связи (BE) ≈ 0,28 эВ. Легирование Sb вызывает сдвиг объемной и поверхностной зон в сторону уровня Ферми, с положениями точки Дирака, оцененными как 0,2, 0,12 и -0,02 эВ BE соответственно для x = 0,1, 0,2 и 0,3.
Чтобы изучить влияние атомов металлического Pb на электронную структуру поверхности ТИ, мы адсорбировали субмонослойное покрытие Pb поверх каждой поверхности Mn(Bi1-xSbx)2Te4 и измерили фотоэлектронные спектры полученных систем. Для x = 0,1 и 0,2 объемное и поверхностное состояния сместились к более низким энергиям связи с новыми положениями точки Дирака 0,13 и 0,08 эВ соответственно. Такое легирование дырками ожидается в случае замещения атомов Bi (Sb) на Pb, атом Pb имеет на один валентный электрон меньше по сравнению с Bi (Sb), что, таким образом, вызывает легирование дырками и сдвиг зон вверх. В отличие от него, для соединения с x = 0,3 точка Дирака смещается в сторону более высоких BE и располагается на уровне Ферми после адсорбции Pb. Такое различное поведение образцов, легированных n и p, при осаждении Pb, скорее всего, связано с различными типами дефектов (замещение Mn-Bi(Sb) и Sb-Te, вакансии Te) и концентрациями для разных чисел x.
Для исследования влияния атомов Pb на поверхностные слои ТИ были проведены рентгенофотоэлектронные спектроскопические измерения до и после адсорбции Pb. Осаждение 0,5 МС Pb приводит к некоторым изменениям спектров, что видно на нижних кривых на панелях (а) и (б) и в виде синей кривой на панели (с). Во-первых, интенсивность основных линий Bi 5d и Sb 4d уменьшается на ≈20%, а их энергии связи имеют практически одинаковые значения (изменения ниже экспериментального разрешения 50 мэВ).
Кроме того, после адсорбции Pb появляются дополнительные пики Bi 5d и Sb 4d со смещением энергии связи на 0,8 эВ в сторону уровня Ферми. Интенсивность остовного уровня Te 4d также уменьшается с осаждением Pb, и виден небольшой сдвиг энергии связи на 0,1 эВ; однако никакие другие особенности не выделяются. Такое поведение остовных уровней может быть результатом взаимодействия атомов Pb с атомами Bi и Te из первого семислойного блока, образуя т.н. «смачивающий» слой. Спектр РФЭС линии Pb 5d состоит из двух компонент, сдвинутых друг от друга на 0,3 эВ. Мы полагаем, что два пика относятся к смачивающему слою атомов Pb и Pb сверху, которые не связаны с атомами подложки. Примечательно, что измерения XPS адсорбированных Pb систем с x = 0,2 и 0,3 показывают почти одинаковые результаты, указывая на то, что слой Pb был связан с подложкой и рост непрерывного покрытия атомами Pb сверху.
Результаты работы по проекту в данном направлении опубликованы в статье [2]:
Klimovskikh I.I., Estyunin D. A., Makarova T. P., Tereshchenko O. E., Kokh K. A., Shikin A. M. Electronic structure of Pb adsorbed surfaces of intrinsic magnetic topological insulators // The Journal of Physical Chemistry Letters. – 2022. – Vol. 13. – P. 6628−6634. Impact Factor = 6.888 https://doi.org/10.1021/acs.jpclett.2c01245

3. Проведены исследования контакта собственного магнитного топологического изолятора Mn(Bi,Sb)2Te4 со сверхпроводящей пленкой Pb.
Собственные магнитные топологические изоляторы, такие как семейство MnBi2Te4, оказались очень эффективной и перспективной платформой для изучения различных квантовых эффектов. За счет своих уникальный свойств данные материалы могут быть использованы для целого ряда приложений - от хранения информации и бездиссипативного переноса спинов и зарядов до квантовых компьютеров. Однако для успешного использования магнитных ТИ в квантовых компьютерах, необходимо в них реализовать фермионов Майораны, которые, как ожидается, появятся при контакте сверхпроводника с поверхностью магнитного ТИ. Таким образом, изучение особенностей, возникающих на границе раздела между магнитными ТИ и сверхпроводником, представляет большой интерес.
В данной работе изучался контакт магнитного ТИ со стехиометрией Mn(Bi0.7Sb0.3)2Te4 с тонкой пленкой Pb различной толщины. Использовалось последовательное напыление Pb на поверхность ТИ. На каждом этапе проводилось изучение системы методом рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии для определения толщины пленки Pb и химических сдвигов уровней. Также проводилось изучение электронной структуры системы вблизи уровня Ферми (в области топологических поверхностных состояний) при помощи фотоэлектронной спектроскопии с угловым разрешением (ФЭСУР). Соотношением между Bi и Sb определяется положение уровня Ферми, так для MnBi2Te4 точка Дирака находится существенно ниже уровня Ферми (около 280 мэВ энергии связи), а для MnSb2Te4 – выше уровня Ферми. Для наблюдения квантового аномального эффекта Холла и применения магнитных ТИ в электронике необходимо, чтобы точка Дирака располагалась строго на уровне Ферми. Необходимое соотношение между Bi и Sb было предварительно установлено и составляет 7 к 3, т.е. Mn(Bi0.7Sb0.3)2Te4.
В работе представлены дисперсионные зависимости для Mn(Bi0.7Sb0.3)2Te4 для разных толщин пленок Pb (до напыления, 0.1, 0.5 и 1.5 монослоя Pb). Толщина пленки Pb определялась по ослаблению внутренних уровней элементов ТИ. Видно, что структура конуса Дирака сохраняется при любых толщинах пленки Pb. Таким образом топологические свойства материала не изменяются. Помимо электронных состояний конуса Дирака при 1.5 монослоях Pb в спектре появляются зоны, характерные для пленки Pb. Известно, что для пленки Pb зоны начинают появляться при толщинах больше нескольких атомынх слоев. Таким образом пленка Pb на поверхности Mn(Bi0.7Sb0.3)2Te4 имеет островковый типа роста (механизм роста Вольмера — Вебера). Для изучения формируемой пленки Pb на поверхности при малых покрытиях (до 1 атомного слоя) был использован метод теории функционала плотности. Задавалась исходная структура ТИ MnBi2Te4, на поверхности добавлялся атом Pb на расстоянии 3.5 А, и далее структура релаксировалась в рамках метода теории функционала плотности. Далее процедура повторялась с добавлением атомов Pb. Обнаружено, что с увеличением Pb на поверхности структура поверхности становится аморфной. Сильнее всего это влияет на два приповерхностных слоя Te и Bi. Также незначительно изменяются 3 и 4 слои. Для более глубоких слоев изменения положения атомов не было обнаружено. Из полученных структур можно заметить, что атомы Pb оттягивают атомы Te и формируют с ними сплав PbTe. В результате напыления Pb поверхность Mn(Bi0.7Sb0.3)2Te4 модифицируется. Общий вид структуры имеет следующий вид: слой Pb/сплав PbTe/модифицированный блок Mn(Bi0.7Sb0.3)2Te4/исходный объемный ТИ. Таким образом в системе между пленкой Pb и магнитным ТИ присутствуют переходные слои. Кроме того, данные слои имеют аморфную структуру. На основе расчетов методом теории функционала плотности было показано, что это приводит к сдвигу плотности топологических поверхностных состояний объем образца.
Результаты работы по проекту в данном направлении опубликованы в статье [3]:
Estyunin D. A., Makarova T. P., Kokh K. A., Tereshchenko O. E., Shikin A. M., Klimovskikh I. I. Contact of the intrinsic magnetic topological insulator Mn(Bi,Sb)2Te4 with a superconducting Pb film // Phys. Rev. B. – 2022. – Vol. 106. – P. 155305. Impact Factor = 3.908
https://doi.org/10.1103/PhysRevB.106.155305

4. Изучение магнитного порядка и зонной топологии в ван-дер-Ваальсовых соединениях Mn2Bi(Sb)2Te5.
Собственные магнитные топологические изоляторы (ТИ) вызывают большой интерес из-за их способности обеспечивать необычные и практически перспективные квантовые эффекты. Среди этих материалов наиболее изученной системой является ван-дер-ваальсов (вдВ) антиферромагнетик MnBi2Te4, модельный собственный антиферромагнитный (АФМ) ТИ. Тонкие пленки этого материала, а также сверхрешётки типа (MnBi2Te4)(Bi2Te3)n, содержащие блоки MnBi2Te4 и блоки топологического изолятора Bi2Te3 также активно изучаются. Необходимо отметить, что такие сверхрешётки, структурно подобны ван-дер-ваальсовым немагнитным топологическим изоляторам (AIVBi(Sb)2Te4)(Bi(Sb)2Te3)n, где AIV = Ge, Sn, Pb. Однако среди немагнитных систем известны соединения типа (AIVTe)n(Bi(Sb)2Te3), где вместо чередования блоков AIVBi(Sb)2Te4 и Bi(Sb)2Te3, подрешётка AIVTe страивается в центр блока топологического изолятора формируя девяти- (n=2), одиннадцати- (n=3) и тд. -слойные ван-дер-ваальсовые структурные блоки. Совсем недавно кристаллы Mn2Bi2Te5 были выращены экспериментально, и магнитные измерения определили, что они ферромагнитны в плоскости ab и почти антиферромагнитны вдоль оси c (с небольшой неколлинеарностью) и температурой Нееля ∼20 K.
Используя первопринципные расчеты в рамках теории функционала плотности, мы изучили атомную, электронную и магнитную структуры и их влияние на топологическую фазу Mn2Bi2Te5 и родственного гипотетического соединения Mn2Sb2Te5. Расчёты полной энергии показали, что в отличие от немагнитных аналогов с девятислойной (nonuple layer — NL) ван-дер-ваальсовой структурой, где атомные слои внутри NL блока имеют упаковку типа NaCl (ABC), как и в Bi2Te3 и MnBi2Te4, в соединениях Mn2Bi2Te5 и Mn2Sb2Te5 в подрешётке (MnTe)2 более выгодной оказывается упаковка типа NiAs (ABAC), т.е. структура, аналогичная объёмному MnTe. Заметим, что экспериментально атомная структура ранее детально не исследовалась. Расчёт полных энергий для различных магнитных конфигураций обнаружил, что соединение Mn2Bi2Te5 является антиферромагнетиком с ориентацией спинов магнитных атомов перпендикулярно слою. Однако детальный анализ рассчитанных констант обменного взаимодействия для энергетически выгодной структуры показал что спины, ориентированные в основном перпендикулярно слою могут прецессировать с углом ≈10° относительно нормали, что согласуется с экспериментальными наблюдениями. При этом рассчитанная критическая температура, 17 K находится в хорошем согласии с недавними магнитными измерениями. Аналогичная магнитная структура наблюдается и в Mn2Sb2Te5, где рассчитанная критическая температура составляет 19 K. Объёмный электронный спектр Mn2Bi2Te5 демонстрирует наличие щели на уровне Ферми величиной 176.5 мэВ в точке Г. Анализ топологии зон показывает, что эта щель является инвертированной и таким образом новое соединение Mn2Bi2Te5 является антиферромагнитным топологическим изолятором. В тоже время Mn2Sb2Te5 имеет объёмный спектр Дираковского полуметалла с нулевой щелью в точке Г. На поверхности Mn2Bi2Te5 в объёмной щели образуется массивное спин-поляризованное Дираковское состояние, однако обменная щель составляет всего 6 мэВ, что связано с его преимущественной локализацией в верхнем NL блоке, где состояние гибридизируется с орбиталями атомов марганца с противоположными спинами. Мы также изучили электронную структуру Mn2Bi2Te5 и Mn2Sb2Te5 в условиях наведенного внешним магнитным полем ферромагнитного состояния. Найдено, что ферромагнитная фаза Mn2Bi2Te5 является полупроводником с инвертированной объёмной щелью в точке Г на уровне Ферми, что характеризует систему как топологический аксионный изолятор. На поверхности в этом случае возникает Дираковское состояние с обменной щелью ≈87 мэВ. В случае индуцированной ферромагнитной фазы в соединении Mn2Sb2Te5 объёмный спектр является полуметаллическим и система находится в топологической фазе Вейлевского полуметалла, характеризующегося присутствием пары вейлевских точек вблизи Г при энергии -7 мэВ ниже уровня Ферми. Таким образом, наши результаты показывают, что соединения Mn2Bi(Sb)2Te5 могут находиться в различных топологических фазах в зависимости от магнетизации в системе. В работе представлена равновесная атомная структура соединений Mn2Bi(Sb)2Te5 с межслоевым упорядочением типа NiAs на подрешётке (MnTe)2, и энергетически выгодная магнитная структура, а также спектр поверхности (0001) соединения Mn2Bi2Te5 со спиновой поляризацией массивного Дираковского состояния.
Результаты работы по проекту в данном направлении опубликованы в статье [4]:
Eremeev S. V., Otrokov M. M., Ernst A., Chulkov E. V. Magnetic ordering and topology in Mn2Bi2Te5 and Mn2Sb2Te5 van der Waals materials // Phys. Rev. B. – 2022. – Vol. 105. – P. 195105. Impact Factor = 3.908 https://doi.org/10.1103/PhysRevB.105.195105

5. Изучение особенностей поверхностных состояний в собственных магнитных топологических изоляторах.
В настоящее время необычные квантовые явления, недавно обнаруженные в собственных антиферромагнитных (АФМ) топологических изоляторах (ТИ), далеки от полного понимания. Мотивированные недавними противоречивыми результатами ARPES-исследований соединений семейства MnBi2Te4, нашей целью было теоретическое изучение физических принципов, лежащих в основе спектральных свойств таких материалов. Используя континуальную модель, мы решаем проблему топологических поверхностных фермионов. Разработанный подход построен на пяти основных идеях. (1) Мы постулируем, что регулярный магнитный порядок A-типа с равномерной намагниченностью в каждом семислойном блоке и АФМ связью между соседними блоками сохраняется вплоть до самой поверхности. (2) Глубина проникновения поверхностного топологического состояния в объём материала сопоставима с периодом 2с АФМ текстуры. По этой причине результирующее обменное поле Q, действующее на дираковские фермионы, может быть очень чувствительным к возмущениям на поверхности. В MnBi2Te4 возмущение естественным образом может быть связано с собственными антиузельными дефектами, такими как MnBi и BiMn, и вакансиями Te. (3) Чтобы учесть влияние таких дефектов на поверхностные фермионы, мы вводим в модельные расчёты не зависящий от спина эффективный поверхностный потенциал (ЭПП). Расчёты проводятся в аналитической схеме c редуцированным базисом. (4) Продемонстрировано, что пространственный профиль плотности вероятности поверхностных состояний изменяется в зависимости от силы ЭПП. Таким образом мы аналитически установили, что ЭПП управляет обменным полем, действие которого испытывают поверхностные состояния. В этом состоит электростатический механизм модуляции обменной щели в дисперсии поверхностных фермионов на микроскопическом уровне. (5) Обнаружено, что щель может менять свой знак при изменении силы ЭПП.
Полученные нами результаты позволяют унифицированно интерпретировать данные различных спектроскопических экспериментов на соединении MnBi2Te4 и его производных. Беспорядок в распределении концентрации дефектов, которые неизбежно присутствуют в реальных образцах MnBi2Te4, можно понимать как флуктуации ЭПП вдоль поверхности, в теоретической модели. Когда беспорядок слабый, спектральные свойства определяются средним значением силы ЭПП, показывая конечную щель. В этом сценарии изменение обменной щели от образца к образцу естественно связать с соответствующим изменением значения <U(x,y)>. В противоположном случае сильного беспорядка амплитуда флуктуаций ЭПП может оказаться достаточно большой, чтобы на поверхности АФМ ТИ сформировалась топологическая доменная структура. Доменные стенки, разделяющие области с противоположными знаками щели, порождают квазиодномерные состояния с линейной дисперсией, перекрывающей обменную щель. Поэтому при высокой плотности доменных стенок на масштабе лазерного пятна в спектроскопических измерениях на поверхности MnBi2Te4 должны наблюдаться бесщелевые состояния.
Результаты работы по проекту в данном направлении опубликованы в статье [5]:
Men’shov V. N., Shvets I. A., Chulkov E. V. Towards comprehension of the surface state properties in the intrinsic magnetic topological insulators // Phys. Rev. B. – 2022. – Vol. 106. – P. 205301. Impact Factor = 3.908 https://doi.org/10.1103/PhysRevB.106.205301

6. Изучение возможности модуляции энергетической запрещенной зоны в антиферромагнитном топологическом изоляторе MnBi2Te4.
Согласно теоретическим оценкам, величина энергетической запрещенной зоны (ЭЗЗ) в точке Дирака для MnBi2Te4 должна составлять около 80-88. Однако экспериментальные исследования показывают, что величина ЭЗЗ варьируется в широком диапазоне, в основном от 50-70 мэВ до 12-15 мэВ и даже меньше. Более того, в последние годы в литературе появился целый ряд работ, в которых методом фотоэлектронной спектроскопии с угловым разрешением (ФЭСУР) была показана возможность бесщелевой дисперсии ТПС. В то же время не так давно стало известно, что величина ЭЗЗ может значительно варьироваться для различных образцов в зависимости от энергии фотонов и других факторов, таких как дефектность образцов, локальное изменение стехиометрии, модификация поверхностного магнитного упорядочения и т.д. Для объяснения этих различий были выдвинуты различные предположения. В частности, в ряде работ "отсутствие" ЭЗЗ в точке Дирака связывалось с модификацией магнитного порядка в поверхностном слое. В данном случае, согласно теоретическому моделированию, предполагается, что формирование бесщелевой дисперсии может происходить за счет магнитной перестройки поверхности, что приводит к эффективному уменьшению z-компоненты магнитного момента, направленной перпендикулярно поверхности.
В рамках данной работы мы проанализировали различные факторы, ответственные за изменения ЭЗЗ в точке Дирака для MnBi2Te4. Показано, что при изменении величины поверхностного спин-орбитального взаимодействия (СОВ) локализация топологических поверхностных состояний смещается между поверхностными семислойными блоками (СБ) с противоположной намагниченностью, что приводит к немонотонному изменению величины ЭЗЗ. При этом минимум ЭЗЗ соответствует точке изменения знака эффективного обменного поля в системе. Более того, мы показали, что ЭЗЗ можно эффективно модулировать путем замены магнитных атомов Mn в поверхностном слое немагнитными атомами, а также заменой Bi и Те атомами элементов с более низкой величиной СОВ, что в перспективе может открыть возможность для создания синтетических слоистых топологических систем с целенаправленной модификацией свойств поверхности.
Результаты работы по проекту в данном направлении опубликованы в статье [6]:
Shikin A. M., Makarova T. P., Eryzhenkov A. V., Usachov D. Yu., Estyunin D. A., Glazkova D. A., Klimovskikh I. I., Rybkin A. G., Tarasov A. V. Routes for the topological surface state energy gap modulation in antiferromagnetic MnBi2Te4 // Physica B: Condensed Matter. – 2022. – Vol. 649. – P. 414443. Impact Factor = 2.988 https://doi.org/10.1016/j.physb.2022.414443

7. Исследование смешанного типа магнитного порядка в собственных магнитных топологических изоляторах Mn(Bi,Sb)2Te4.
В настоящее время собственный магнитный топологический изолятор (ТИ) MnBi2Te4 является наиболее многообещающей платформой для реализации ряда квантовых эффектов, обусловленных комбинацией в материале магнитных и топологических свойств. Активно изучаются различные модификации стехиометрии MnBi2Te4 для улучшения свойств материала, либо для изучения изменений электронной структуры ТИ в зависимости от дефектов и отклонений в стехиометрии.
Одним из направлений таких исследований стало изучение модификации стехиометрии MnBi2Te4 путём замещения атомов Bi атомами Sb. Ранее в литературе было показано, что вплоть до концентраций атомов Sb x=0.5 материал сохраняет антиферромагнитную (АФМ) упорядоченность с незначительным понижением температуры Нееля. В данной работе было проведено исследование магнитной структуры ряда образцов Mn(Bi1-xSbx)2Te4 в диапазоне x=[0.1, 0.5] для выявления других возможных магнитных фаз, и обнаружена смешанная магнитная фаза.
Монокристаллы Mn(Bi1-xSbx)2Te4 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 помощью СКВИД-магнитометрии. Рентгеноструктурные исследования и измерение ферромагнитного резонанса (ФМР) проводились в НИТУ МиСиС. Измерения фотоэлектронной спектроскопии с угловым разрешением (ФЭСУР) и рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (РФЭС) проводились совместно с коллегами в ИФП СО РАН.
При росте материала MnBi2Te4, состоящего из семислойных блоков Te-Bi-Te-Mn-Te-Bi-Te, возможен дополнительный рост пятислойных блоков Te-Bi-Te-Bi-Te. Разделение семислойных блоков пятислойными блоками ведёт к образованию фаз MnBi2Te4(Bi2Te3)m, m=1, 2…, для которых характерны иные, чем для MnBi2Te4, магнитные свойства. При наличии в кристаллической структуре областей с различным m будет естественно обнаружить смешанный тип магнитного упорядочения при измерении магнитных свойств. Таким образом, принципиально важно показать соотношение кристаллических фаз в изучаемых материалах.
Исследуемые образцы были комплексно изучены на предмет соответствия заявленным стехиометрическим свойствам. Кристаллическая структура была изучена с помощью рентгеновской дифракции монокристалла (РДМ), так как при использовании данного метода различные фазы MnBi2Te4(Bi2Te3)m, m=0, 1, 2… хорошо разделены. Образцы были исследованы методом ФЭСУР для изучения особенностей электронной структуры, в том числе топологических поверхностных состояний, свойственных данным материалам. Для изучения соответствия концентрации атомов на поверхности материала заявленной стехиометрии использовался метод РФЭС.
Для анализа изменения температуры АФМ перехода была измерена зависимость магнитной восприимчивости (X) от температуры для образцов Mn(Bi1-xSbx)2Te4 с различной стехиометрией. Если представить полученные кривые в форме обратной восприимчивости (1/X), можно видеть, что температура АФМ перехода уменьшается с увеличением концентрации атомов Sb. Представленные данные для различных образцов одинаковой стехиометрии явно демонстрируют сохранение температуры АФМ перехода при одинаковой стехиометрии. В работе показана зависимость магнитной восприимчивости от температуры для образцов с различными стехиометриями для демонстрации поведения ФМ фазы. Температура ФМ перехода для образов всех стехиометрий сохраняется на уровне TC=17 К.
Таким образом, в работе была показана возможность реализации магнитной структуры, характеризующейся сосуществованием АФМ и ФМ фаз, в образцах Mn(Bi1-xSbx)2Te4. Кристаллическое качество выращенных образцов тщательно исследовалось, чтобы доказать, что новая смешанная магнитная фаза действительно принадлежит заявленным образцам. Характеристики новой магнитной структуры были изучены методами СКВИД-магнитометрии и ФМР. Соотношение АФМ и ФМ вклада испытывает некоторые заметные флуктуации. Однако при этом сохраняется общая закономерность уменьшения поля спин-флоп перехода, температуры Нееля и эффективной намагниченности при увеличении концентрации атомов Sb x.
Результаты работы по проекту в данном направлении опубликованы в статье [7]:
Глазкова Д. А., Естюнин Д. А., Климовских И. И., Рыбкина А. А., Головчанский И. А., Терещенко О. Е., Кох К. А., Щетинин И. В., Голяшов В. А., Шикин А. М. Смешанный тип магнитного порядка в собственных магнитных топологических изоляторах Mn(Bi,Sb)2Te4 // Письма в ЖЭТФ. – 2022. – Т. 116. – №11. – С. 793–800. Impact Factor = 1.400
http://jetpletters.ru/ps/2401/article_35441.shtml

8. Изучение колебательных эффектов в магнитных топологических изоляторах.
Исследование фононных состояний в антиферромагнитных топологических изоляторах является важной задачей, как в научном, так и в прикладном аспектах. В научном плане эти исследования важны для понимания магнонных эффектов в таких материалах, поскольку фонон-магнонное взаимодействие может влиять на ширину линии магнонных состояний и, соответственно, на использование таких материалов в спинтронике ультра малых энергий. Логичным шагом в таких исследованиях представляется изучение колебательных эффектов в магнитных топологических изоляторах при комнатной температуре, когда в системе отсутствует магнитный порядок. В данной работе было проведено изучение колебательных мод, активных в рамановском рассеянии ван-дер-ваальсовских топологических изоляторов MnBi2Te4·n(Bi2Te3). Здесь n представляет количество пятислойных пакетов Te-Bi-Te-Bi-Te между двумя соседними семислойными пакетами Te-Bi-Te-Mn-Te-Bi-Te.
Mетодом конфокальной рамановской спектроскопии исследуются фононные моды активныев рамановском рассеянии в кристаллических структурах с n = 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6 и ∞. Для интерпретации полученных экспериментальных данных проведены теоретические расчеты динамика решетки свободных пленок, состоящих из одного, трех и четырех пятислойных пакетов, а также обьемных Bi2Те3 (n = ∞) и МnBi2Те4 (n = 0). Как показали измерения, наблюдаемые рамановские моды вовлекают только смещения атомов теллура и висмута в пятислойных блоках Bi2Te3. Атомы марганца, а также теллура и висмута в семислойных блоках не участвуют в этих модах.
Данная работа представляет собой первое системное исследование рамановских мод в большой группе магнитных топологических изоляторов при комнатной температуре, когда магнитный порядок отсутствует. Результаты данной работы являются базой для последующих измерений и расчетов рамановских спектров при низких температурах, чтобы выявить возможную взаимосвязь между фононами и магнетизмом в антиферромагнитных топологических изоляторах.
Результаты работы по проекту в данном направлении опубликованы в статье [8]:
Абдуллаев Н. А., Амирасланов И. Р., Алиев З. С., Джахангирли З. А., Скляднева И. Ю., Ализаде Е. Г., Алиева Е. Н., Отроков М. М., Зверев В. Н., Мамедов Н. Т., Чулков Е. В. Динамика решетки Bi2Te3 и колебательные моды в рамановском рассеянии топологических изоляторов MnBi2Te4·n(Bi2Te3) // Письма в ЖЭТФ. – 2022. – Т. 115. – № 12. – С. 801–808. Impact Factor = 1.400 http://jetpletters.ru/ps/2377/article_35165.shtml

9. Изучено влияние атомов Co на электронную структуру топологических изоляторов Bi2Te3 и MnBi2Te4.
В рамках работы по проекту было проведено исследование уникальных материалов с особенной электронной структурой - топологических изоляторов. Настоящая работа посвящена изучению двух методов модификации электронной структуры топологических изоляторов с различной стехиометрией при их взаимодействии с осажденными на поверхность атомами Co. Они включали возможность создания гетероструктур на основе Bi2Te3 и Co с образованием упорядоченного поверхностного слоя при нагревании, а также исследование антиферромагнитного топологического изолятора MnBi2Te4 с адсорбцией атомов Co на поверхность с целью модификации поверхностной, атомной, электронной и магнитной структуры.
Методом фотоэлектронной спектроскопии с угловым разрешением изучалась электронная структура исследуемых материалов, метод рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии применялся для исследования остовных уровней материалов. В данной работе мы экспериментально изучили адсорбцию атомов Co на поверхности двух топологических изоляторов с целью изучения возможности формирования сплавов на основе магнитных металлов, а также для модификации поверхности топологических изоляторов. В случае Bi2Te3, было проведено осаждение атомов Co на поверхность образца с одновременным нагревом до высоких температур. Анализ результатов электронной структуры показал, что происходит смещение положения точки Дирака, а также происходят изменения в структуре конуса Дирака. В том числе в зависимости от температуры и количества осажденного магнитного металла изменяются состояния валентной зоны и зоны проводимости. Анализ остовных уровней показал возможность химического образования связи между атомами Co и Bi или Te. Вторая часть эксперимента заключалась в изучении собственного антиферромагнитного топологического изолятора MnBi2Te4, взаимодействующего с осажденными на поверхность атомами Co. В результате изменения в электронной структуре заключаются в сдвиге точки Дирака. Также изменяется структура внутренних уровней и появляются новые компоненты остовных уровней, что указывает на возможное образование упорядоченных магнитных Co-содержащих соединений на поверхности MnBi2Te4.
Результаты работы по проекту в данном направлении опубликованы в статье [9]:
Макарова Т. П., Естюнин Д. А., Фильнов С. О., Глазкова Д. А., Пудиков Д. А., Рыбкин А. Г., Гогина А. А., Алиев З. С., Амирасланов И. Р., Мамедов Н. Т., Кох К. А., Терещенко О. Е., Шикин А. М., Отроков М. М., Чулков Е. В., Климовских И. И. Влияние атомов Co на электронную структуру топологических изоляторов Bi2Te3 и MnBi2Te4 // ЖЭТФ. – 2022. – Т. 161. – № 5. – C. 711–719. Impact Factor = 1.111
http://jetp.ras.ru/cgi-bin/e/index/r/161/5/p711?a=list

II.Экспериментальное и теоретическое исследование особенностей электронной и спиновой структуры систем на основе графена.

10. Экспериментальное и теоретическое исследование ферримагнитного графена. Определение параметров модели сильной связи.
В рамках проекта проведены исследования квазисвободного графена с ферримагнитным упорядочением на A и B подрешетках графена. Полученная система была охарактеризована экспериментальными методами. Измерения методами ДМЭ и СТМ показывают высокую степень латеральной упорядоченности, формирование соразмерной ~(9x9) эпитаксиальной структуры Gr/Au/Co и периодических ~(9x9) петлевых дислокаций. Квазисвободный характер графена подтверждается ARPES картами π зоны графена. Характерной особенностью системы является формирование запрещенной зоны Eg ~ 80±25 мэВ в точке Дирака вблизи уровня Ферми.
В связи с формирование на поверхности петлевых дислокаций двух различных размеров, были проведены расчеты методом теории функционала плотности для соответствующих (9x9) элементарных ячеек. По результатам расчетов можно сделать вывод, что для петлевых дислокационных структур характерно формирование ферримагнитного состояния в слое Au и в слое графена, при этом на графене магнитные моменты на подрешетках являются однородными с точностью до ~0.001 µB. Величина запрещенной зоны графена согласуется с экспериментальным значением и составляет ~60-70 мэВ. Для изучения роли петлевых дислокаций в формировании ферримагнетизма в графене и соответствующей запрещенной зоны, был проведен расчет элементарной ячейки (9х9), но без дислокационной петли. Элементарная ячейка была построена на основе структурно оптимизированных с петлевыми дислокациями с расстоянием Gr-Au, равным 3,36 Å. В этом случае запрещенная зона в точке Дирака (см. спин-вверх состояния графена, показанные синим цветом) примерно в два раза меньше, чем для структур с дислокационными петлями из-за подавления подрешеточного ферримагнетизма (магнитные моменты на атомах А и B подрешетки графена имеют одинаковый знак и близки к 0.002 µB и 0,007 µB). В то же время сильная гибридизация наблюдается для состояний со спином-вниз графена и кобальта в области точки Дирака. Аналогичная гибридизация между состояниями графена и кобальта наблюдалась ранее для элементарной ячейки (2x2) Gr/Au/Co (Rybkin A. G. и др. // Nano Letters. 2018. Т. 18. № 3. С. 1564–1574.).
Для объяснения полученных экспериментальных данных и определения условий наблюдения квантового аномального эффекта Холла был выполнен расчет методом сильной связи. В работе проведены три расчета кривизны Берри для системы с внеплоскостной намагниченностью слоя Co, отличающиеся только величиной спин-орбитального взаимодействия (λR =3tR). Расчет с λR=56 мэВ обеспечивает наилучшее соответствие меду рассчитанными и экспериментальными π зонами (величина запрещенной зоны и асимметрия спинового расщепления около К и К’ точек). Однако, полное число Черна является нулевым в этом случае, и система имеет тривиальный характер. При увеличении величины спин-орбитального взаимодействия, при λR=128.7 мэВ, происходит топологический фазовый переход в нетривиальное состояние системы с полным числом Черна равным 2 (состояние квантового аномального эффекта Холла). Следует отметить, что значения спин-орбитального расщепления вплоть до 200 мэВ являются экспериментально достижимыми и наблюдались для систем Gr/Au/Ni и Gr/Au/Co. Таким образом, увеличение спин-орбитального взаимодействия с сохранением ферримагнитного (ферромагнитного) упорядочения на графене открывает возможность получения топологического графена.
Экспериментальные и теоретические исследования были проведены в Научном парке СПбГУ.
Результаты работы по проекту в данном направлении опубликованы в статье [10]:
Rybkin A.G., Tarasov A.V., Rybkina A.A., Usachov D.Yu., Petukhov A.E., Eryzhenkov A.V., Pudikov D.A., Gogina A.A., Klimovskikh I.I., Di Santo G., Petaccia L., Varykhalov A., Shikin A.M. Sublattice ferrimagnetism in quasifreestanding graphene // Physical Review Letters. – 2022. – V. 129. – P. 226401. [Editor’s suggestion] Impact Factor = 9.185
doi.org/10.1103/PhysRevLett.129.226401

11. Исследования электрохимической кинетики графена: “Адиабатичность” переноса электрона.
В настоящее время графеновые материалы открывают новые перспективы для электрохимических систем, обеспечивая высокую скорость переноса электронов, электрохимическую стабильность в широком диапазоне потенциалов и возможность управления этими свойствами, например, путем введения примесных атомов. Одной из наиболее важных электрохимических характеристик графена является гетерогенная скорость переноса электронов (или электрохимическая активность). Однако были получены противоречивые результаты об электрохимической активности графена и о том, как структурные дефекты, количество графеновых слоев и графеновая подложка изменяют его активность.
В данной работе мы приводим доказательства того, что графеновый электрод, хотя и имеет очень низкую плотность электронных состояний на уровне Ферми, может обеспечить адиабатический режим переноса электронов. Для изучения электрохимической кинетики графена нами предложен подход, при котором однослойный графен, выращенный методом химического газофазного осаждения, переносится на покрытую оксидом алюминиевую фольгу, чтобы минимизировать вклад подложки в фарадеев ток и плотность состояний графена. Четко показано, что одноэлектронный перенос с Al/Al2O3/графенового электрода на молекулу кислорода в апротонной среде происходит так же быстро, как на высокоориентированный пиролитический графит (HOPG) и на графеновых электродах с металлической подложкой, и поэтому, вероятно, протекает в адиабатическом режиме. Напротив, для редокс-системы ферроцениум/ферроцен (Fc+/Fc) наблюдаются более низкие скорости переноса электронов, что, возможно, предполагает переход к неадиабатическому переносу электронов.
Этот результат имеет практическое значение для применения графена в тех областях, где электрохимическая активность является одним из ключевых параметров. Понимание режима переноса электронов на графене для конкретной окислительно-восстановительной системы необходимо для того, чтобы предвидеть влияние различных структурных параметров (легирование, дефекты, количество слоев, подложка) на скорость гетерогенного переноса электронов. Нами показано, что в случае адиабатической редокс-системы O2/O2-, подложка и количество слоев не влияют существенно не влияют на электрохимическую активность. Напротив, для Fc+/Fc скорость переноса электронов может быть улучшена за счет увеличения количества графеновых слоев.
В связи с этим для успешного применения и развития графеновых электродов в электрохимических системах необходимы дальнейшие экспериментальные и теоретические исследования режимов переноса электронов на графеновых электродах с учетом редокс-системы и структуры двойного электрического слоя.
Результаты работы по проекту в данном направлении опубликованы в статье [11]:
Inozemtseva A. I., Sergeev A. V., Napolskii K. S., Kushnir S. E., Belov V., Itkis D. M., Usachov D., Yashina L. V. Graphene electrochemistry: ‘adiabaticity’ of electron transfer // Electrochimica Acta. – 2022. – Vol. 427. – P. 140901. Impact Factor = 7.336
https://doi.org/10.1016/j.electacta.2022.140901

12. Исследование формирования нанотонких силицидов Au и Co между графеном и SiC(0001) в задаче реализации магнитно-спин-орбитального графена.
Для решения задачи по реализации магнитно-спин-орбитального графена на полупроводниковой подложке были проведены исследования электронной структуры графена на Co-Si/SiC(0001) после интеркаляции атомов Au. Ранее в рамках проекта было показано, что интеркаляция Co под буферный слой графена на монокристалле SiC(0001) приводит к формированию ультратонкого магнитного слоя силицида кобальта, в котором магнетизм обусловлен нижележащим слоем CoSi. Поэтому следующим шагом в данном направлении была предпринята попытка интеркаляции атомов Au в сформированную графен-содержащую систему на подложке SiC. В результате напыления пленки Au, толщиной ~3.2Å и последующего отжига системы происходит интеркаляция атомов золота под графен и формированию силицида золота со стехиометрией, близкой к Au2Si. Исследование электронной структуры системы в области точки K поверхностной зоны Бриллюэна показало квазисвободный характер графена с линейным спектром π состояний и точкой Дирака вблизи уровня Ферми. Для данной графен-содержащей системы с нижележащими слоями Au-Si/Co-Si были проведены транспортные измерения четырехконтактным методом с определением полевых и температурных зависимостей продольного сопротивления, а также полевых и температурных зависимостей поперечного Холловского сопротивления. Измерения проводились при пропускании тока 0,001 мА. Для снятия полевых зависимостей прикладывалось внешнее магнитное поле от -9 до 9 Tл в направлении, перпендикулярно плоскости поверхности. Температурные зависимости регистрировались при температурах от 2 до 300 К. На основании полученной зависимости продольного сопротивления определено значение удельного сопротивления при комнатной температуре, равное 6.7 мкОм см (T=300K). Полученное значение согласуется со значением сопротивления для листа графена на SiO2, которое равно ~1 мкОм см. В работе изучены температурные зависимости Холловского сопротивления Rxy для графен-содержащей системы «графен/Au-Si/Co-Si/SiC» после интеркаляции Au, измеренные в нулевом поле, в поле 0.1 T и в поле 5 T. Было обнаружено, что Холловское сопротивление в двух точках меняет знак и достигает минимума отрицательного значения при температуре 106 K. Смена знака сопротивления происходит при температурах 81 K и 140 K и обусловлена сменой типа носителей заряда в поперечном направлении. Для температуры 106 K, при которой достигается минимум на кривой Rxy(T), показана полевая зависимость Холловского удельного сопротивления ρ(xy). Отрицательный наклон данной зависимости соответствует отрицательному коэффициенту Холла свидетельствует о n-типе проводимости.
Таким образом, в рамках проекта была показана возможность измерения транспортных свойств на синтезируемых образцах и определены характеристики системы с квазисвободным графеном на Au-Si/Co-Si/SiC(0001), полученной в результате интеркаляции атомов Co и Au.
Результаты работы по проекту в данном направлении опубликованы в статье [12]:
Рыбкина А. А., Фильнов С. О., Глазкова Д. А., Вилков О. Ю., Бокай К. А., Пудиков Д. А., Шикин А. М., Рыбкин А. Г. Влияние интеркаляции золота на электронную структуру графена на Co-Si/SiC(0001) // Физика твердого тела. – 2022. – Т. 64. – № 8. – C. 1122. Impact Factor = 0.848

13. Исследование процесса совместной интеркаляции атомов Fe и Co под буферный слой графена на монокристалле SiC(0001).
В рамках проекта изучен процесс совместной интеркаляции атомов кобальта и железа под буферный слой графена, выращенный на монокристалле карбида кремния SiC(0001). Синтез буферного слоя графена осуществлялся с помощью метода высоко температурного разложения Si-поверхности монокристалла SiC и контролировался с помощью метода дифракции медленных электронов. Интеркаляция проводилась посредством поочередного напыления ультра-тонких пленок металлов Fe и Co на нагретую до 450 ∘С подложку c последующим прогревом до 600 ∘С в течении 15 минут.
Для изучения магнитных свойств системы были проведены измерения намагниченности в зависимости от температуры и приложенного внешнего поля с использованием СКВИД магнитометра. Изучены зависимости магнитного момента образца от приложенного магнитного поля M(H) и магнитного момента от температуры M(T), измеренные в плоскости (in-plane) образца. Зависимость M(H) демонстрирует наличие петли гистерезиса вплоть до комнатной температуры, что свидетельствует о ферромагнитном или ферримагнитном характере упорядочения в данной системе. Кривые FC и ZFC расходятся при температуре около T=240 K. Такое поведение свойственно для супермагнетиков и указывает на наличие суперферромагнитных частиц, имеющих собственный суперспин, который представляет собой сумму индивидуальных магнитных моментов атомов внутри частицы. Таким образом можно сделать вывод о наличии уникальных магнитных свойств в полученной системе.
Таким образом, в работе был проведен анализ системы, полученной в результате совместной интеркаляции ультратонких пленок кобальта и железа под буферный слой графена, выращенный на монокристалле карбида кремния. С помощью анализа рентгеновских фотоэлектронных спектров, измеренных под разными углами было показано образование соединений силицидов металлов. Было обнаружено, что кобальт преимущественно проникает вглубь подложки SiC, образуя соединения с кремнием. Железо преимущественно остается в приповерхностном слое, также образуя соединения с кремнием. При взаимодействии с кислородом из атмосферы образуется поверхностное соединения SiO2 под графеном, при этом на рентгеновских фотоэлектронных спектрах железа нет следов окисления. Это важно для стабильности магнитных свойств, изучение которых, выявило ферромагнитный порядок вплоть до комнатной температуры в обоих направлениях - в плоскости и вне плоскости образца. Анализ зависимостей намагниченности от температуры выявило возможный суперферромагнитный характер магнитного упорядочения в конечной системе. На основе полученных результатов мы не исключаем формирование под графеном магнитных ультратонких сплавов железа и кобальта.
По результатам работы в данном направлении готовится к опубликованию статья.

14. Проведены экспериментальные и теоретические исследования электронной структуры системы Na/графен/Pt(111).
В рамках работ по проекту проведены экспериментальные исследования электронной структуры системы Na/графен/Pt(111). В ходе работы был проведён синтез и экспериментальные исследования системы на основе графена в контакте с адсорбированными атомами натрия. Для интерпретации экспериментальных данных, выполнены расчёты с использованием метода теории функционала плотности (ТФП). Были изучены и применены подходы и методы модификации электронной структуры графена, приводящие к его функционализации для эффективного применения электронике и спинтронике. Проведено комплексное экспериментальное исследование с использованием методов фотоэлектронной спектроскопии с угловым разрешением (ФЭСУР) влияния адсорбции монослоя атомов натрия на электронную структуру графена, сформированного на подложке Pt(111). Методом ФЭСУР спектроскопии были получены дисперсионные зависимости электронных π-состояний графена в K-точке зоны Бриллюэна, а также верхнюю часть конуса π-состояний графена в системе графен/Pt(111) путем их n-допирования за счет нанесения на поверхность графена атомов натрия. В результате данной процедуры мы не только смогли провести ФЭСУР измерения верхней части конуса Дирака, но и обнаружить формирование двумерного металлического слоя, состоящего из атомов натрия.
Эксперимент включал в себя синтез систем с последующим исследованием электронной структуры графена методами фотоэлектронной спектроскопии с угловым разрешением (ФЭСУР), рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (РФЭС). Синтез системы проводился в несколько этапов: 1) Чистый монокристалл Pt(111) был получен повторными циклами отжига в атмосфере аргона при 1300 K. Упорядоченность образцов и чистота поверхности были проверены с использованием метода дифракции медленных электронов (ДМЭ) и Рентгеновской фотоэмиссионной спектроскопии (РФЭС); 2) Монослой графена был синтезирован на поверхности Pt(111) методом химического осаждения из газовой фазы (CVD) путём крекинга пропилена в течение 60 минут при давлении 1 · 10-7 мбар и при температуре образца 1200 K; 3)Для синтеза системы Na/Gr/Pt(111) атомы Na напылялись при комнатной температуре на Gr/Pt(111) в условиях сверхвысокого вакуума при давлении 3,4 · 10-9 мбар и скорости ≈ 0,4 ML/мин, где 1 ML принимается за монослой графена. Скорость осаждения натрия контролировалась с помощью кварцевых микровесов. Качество синтезированной структуры было проверено с помощью ДМЭ и РФЭС.
Для характеризации полученной вертикальной гетероструктуры, помимо ФЭСУР измерений, нами было использовано моделирование электронной и спиновой структуры посредством расчетов в рамках метода теории функционала плотности (ТФП). В результате, стоит констатировать, что наиболее интригующим свойством изучаемой системы является появление в электронной структуре адсорбированного натрия частично спин-поляризованных состояний, напоминающей графеновый конус Дирака. Появление данных состояний подтверждается как проведенными ФЭСУР измерениями, так и результатами ТФП расчетов.
Результаты работы по проекту в данном направлении опубликованы в статье [13]:
Gogina A.A., Tarasov A.V., Eryzhenkov A.V., Rybkin A.G., Shikin A.M., Filianina M. And Klimovskikh I.I. Adsorption of Na monolayer on graphene covered Pt(111) substrate // Письма в ЖЭТФ. – 2022. – Принята в печать. Impact Factor = 1.400

III.Экспериментальное и теоретическое исследование электронной и спиновой структуры поверхностных состояний в материалах класса RT2Si2 и RT2P2, где R – редкоземельный, а T – переходный элементы. Анализ возможности получения информации о магнитном упорядочении поверхности материалов на основе лантаноидов из анализа матричного элемента фотоионизации открытой 4f оболочки.

15. Обнаружено межслоевое взаимодействие двумерной решетки Кондо с ферромагнитной поверхностью в антиферромагнетике CeCo2P2.
Для успешного развития современной электроники, разработки и продвижения новых технологий по созданию инновационных продуктов и принципиально новых электронных устройств необходимо широкое внедрение новейших интеллектуальных низкоразмерных материалов, включая магнитные наносистемы. Для этого необходимо четкое и детальное понимание картины фундаментальных физических взаимодействий, механизмов лежащих в их основе, которые определяют и дают возможность управлять свойствами таких материалов. Для подобных разработок необходимо подбирать структурные блоки состоящие из нескольких атомных слоев, которые отвечали бы за те или иные функции наносистемы.
В наших исследованиях мы фокусируемся как на новые, так и на уже известные кристаллические твердотельные соединения и проводим детальные экспериментальные исследования, подкрепленные теоретическим описанием, свойств их поверхностей. Последние как раз и представлены такими структурными единицами и рассматриваются нами как модельные наносистемы. В работе, опубликованной в высокорейтинговом журнале ASC Nano, мы провели детальные исследования свойств поверхности антиферромагнитного материала CeCo2P2, обладающего чрезвычайно высокой температурой Нееля, 440K, то есть система демонстрирует магнитное упорядочивание при температуре существенно выше комнатной, что делает этот материал принципиально интересным с точки зрения его практического применения.
Наши исследования показали, что подрешетка Ce ведет себя пассивно внутри кристалла CeCo2P2 и никак не проявляет себя в магнитных свойствах материала в широком диапазоне температур. Это является достаточно необычным для церия, наличие которого в веществах обычно приводит к появлению таких экзотических свойств как квантовая критичность, эффект Кондо, и связанных с ними необычных магнитных фаз. Мы предположили, что вблизи поверхности CeCo2P2, и в частности в пределах его поверхностного четырехслойного блока P-Co-P-Ce, атомы церия могут вести себя существенно по-другому нежели внутри кристалла. Поскольку 4f оболочка Се является крайне нестабильной, то тогда логично предположить что такие характерные изменения и возмущения, присущие поверхности материала, как потеря инверсии, релаксация и, в данном случае наличие ферромагнитного, нескомпенсированного слоя кобальта, могут привести к изменению заселенности 4f уровня церия и существенно повлиять таким образом на магнитные свойства рассматриваемого поверхностного блока.
Проведенные фотоэмиссионные измерения с разрешением по квазиимпульсу (ARPES) показали что в рассматриваемом поверхностном P-Co-P-Ce блоке атомы Се становятся магнитно активными. Мы обнаружили гибридизацию их 4f cостояний с валентными зонами и поверхностными состояниями вблизи уровня Ферми, причем последние демонстрируют сильное спиновое расщепление за счет обменного взаимодействия с атомами кобальта. Более того, изучая температурную эволюцию зонной структуры вблизи уровня Ферми, мы обнаружили мощное изменение интенсивности фотоэмиссионного 4f сигнала церия, характерное для эффекта Кондо. Данный факт позволил нам сделать выводы о формировании двумерной решетки Кондо, созданной единственным слоем Се в приповерхностной области этого антиферромагнитного материала. Далее, поскольку мы обнаружили подмешивание фотоэмиссионного сигнала от Се 4f в расщепленные по спину поверхностные состояния, мы сделали следующее важное заключение, а именно, об очевидном взаимодействии двумерного ферромагнитного слоя Со с двумерной Кондо решеткой Се. Выводы, сделанные на основе экспериментальных наблюдений нашли свое надежное подтверждение в результатах теоретических расчетов проведенных из первых принципов для исследуемого объекта.
Мы полагаем, что модельная система P-Co-P-Ce позволит и далее исследовать уникальную физику совокупности взаимодействий в низкоразмерных объектах, связанных с ферромагнетизмом и эффектом Кондо. Наши последние, еще неопубликованные результаты указывают на существование спиновых волн, магнонов, как внутри кристалла, так и на его поверхности и более того, магноны формируются и на индуцированных 4f моментах Се. Информация о магнонах и их свойствах чрезвычайна актуальна и необходима для дальнейшего развития спинтроники, магноники и соответствующих приложений. В целом, мы убедительно показали насколько богата и необычна так называемая 4f физика может быть вблизи поверхности материала, внутри которого она просто отсутствует. Полученные результаты требуют дальнейшего и детального исследования поверхностей магнитно активных и квазидвумерных материалов на основе Ce, Eu и Yb, т. е. систем, свойства которых определяются в основном нестабильными 4f оболочками. Мы полагаем, что структурные блоки, которыми представлены поверхности таких кристаллов, могут быть использованы как модели для детального исследования совокупности таких фундаментальных взаимодействий и явлений как обменный магнетизм, эффекты кристаллического поля, Кондо и Рашба эффекты, необычная сверхпроводимость и многие другие при понижении размерности системы. Полученные данные существенно помогут в разработках функциональных слоистых блоков наноструктур и их различных комбинаций для создания интеллектуальных материалов с требуемыми и прогнозируемыми свойствами. Систематическое исследование 4f материалов с фокусом на их поверхности и главное, получаемые результаты, которые наш коллектив регулярно публикует в высокопрестижных журналах, демонстрирует правильность и актуальность выбранной стратегии исследований.
Результаты работы по проекту в данном направлении опубликованы в статье [14]:
Poelchen G., Rusinov I. P., Schulz S., Güttler M., Mende M., Generalov A., Usachov D. Yu., Danzenbächer S., Hellwig J., Peters M., Kliemt K., Kucherenko Yu., Antonov V. N., Laubschat C., Chulkov E. V., Ernst A., Kummer K., Krellner C., Vyalikh D. V. Interlayer Coupling of a Two-Dimensional Kondo Lattice with a Ferromagnetic Surface in the Antiferromagnet CeCo2P2 // ACS Nano. – 2022. – Vol. 16. – P. 3573−3581. Impact Factor = 18.027
https://doi.org/10.1021/acsnano.1c10705

16. Проведено развитие методик фотоэмиссионного анализа магнитных наноструктур на примере системы TbRh2Si2.
Данная работа посвящена развитию методик фотоэмиссионного (ФЭ) анализа магнитных наноструктур на примере системы TbRh2Si2. Данный материал относится к семейству типа RET2Si2, в котором соседние RE плоскости разделены силицидными блоками Si–T–Si. Более слабое взаимодействие между слоем RE и Si–T–Si блоком в сравнении со связями внутри Si–T–Si блока приводит к двум возможным поверхностям: Si-терминации и RE-терминации, оканчивающимися соответственно Re- и Si-атомами. Возможность формирования терминаций с различными структурными блоками на поверхности кристалла может приводить к возникновению новых поверхностных электронных состояний (которые будут локализованы внутри соответствующих поверхностных структурных блоков), а также к отличному от объема поведению магнитных 4f-моментов в поверхностных слоях кристалла. По этой причине основной задачей, поставленной нами при изучении системы TbRh2Si2, был ответ на вопрос о том, насколько поверхностные магнитные свойства могут отличаться от объемных, включая детальный анализ причин такого различия. Особое место в данной работе занимает развитие методик исследования поведения кристаллического поля (КП) вблизи поверхности исследуемой системы. Известно, что КП играет очень важную роль в определении магнитных свойств 4f материалов, заставляя зарядовую плотность 4f электронов и соответствующие им магнитные моменты быть ориентированными вдоль определенных направлений в кристалле.
Проведенный анализ формы 4f-мультиплета Tb в спектрах 4f ФЭ для TbRh2Si2 позволяет сделать вывод о том, что несмотря на наличие АФМ порядка объема кристалла, направленного вдоль оси c, магнитные 4f моменты первого слоя Tb-терминации должны лежать в плоскости поверхности. Далее, используя расчеты из первых принципов и классические измерения 4f ФЭ с угловым разрешением, мы провели анализ характеристик КП в отдельных слоях Tb для Tb- и Si-терминированных поверхностей TbRh2Si2, показав тем самым, что внутриплоскостной магнетизм Tb-терминации является следствием существенного изменение параметров КП на поверхности кристалла. При этом важным выводом нашего исследования является демонстрация того факта, что довольно ценная информация о явлениях, связанных с КП, может быть получена из температурной зависимости спектров 4f ФЭ.
Представленная методология, включающая в себя экспериментальный и теоретический подходы, может быть в дальнейшем применена ко многим другим магнитным наноструктурам на основе редкоземельных элементов для изучения их поверхностных магнитных свойств.
Результаты работы по проекту в данном направлении опубликованы в статье [15]:
Tarasov A. V., Glazkova D., Schulz S., Poelchen G., Kliemt K., Kraiker A., Muntwiler M., Laubschat C., Generalov A., Polley C., Krellner C., Vyalikh D. V., Usachov D. Yu. Crystal electric field and properties of 4f magnetic moments at the surface of the rare-earth compound TbRh2Si2 // Phys. Rev. B. – 2022. – Vol. 106. – P. 155136. [Editor’s suggestion] Impact Factor = 3.908 https://doi.org/10.1103/PhysRevB.106.155136

17. Проведена оценка ориентации 4f магнитных моментов в новых материалах на основе лантанидов с помощью классической фотоэмиссии.
Для эффективного использования магнетизма, возникающего на поверхностях или интерфейсах новых материалов на основе лантанидов, необходимы дополнительные методы исследования магнитных свойств с атомным послойным разрешением. В данной работе нами показано, что 4f фотоэлектронная спектроскопия очень чувствительна к коллективной ориентации 4f магнитных моментов и, таким образом, является мощным инструментом для характеристики соответствующих свойств.
Нами разработан подход для качественной оценки свойств основного состояния редкоземельных ионов в отдельных атомных слоях на поверхности и в приповерхностной области квазидвумерных кристаллов на основе классических фотоэмиссионных 4f-спектров. Он позволяет легко понять, как ориентированы 4f магнитные моменты в отдельных слоях редкоземельных элементов на различных поверхностях кристаллов, и проанализировать их отличие от объема кристалла. Представленная методология одинаково применима к системам в ферромагнитном, антиферромагнитном или даже парамагнитном состоянии, и не требует внешнего магнитного поля. Нами были рассчитаны фотоэмиссионные 4f-спектры для всех |MJ⟩ основных состояний редкоземельных ионов с открытыми 4f оболочками, а также спектры для различных направлений полного 4f момента. Простое сравнение измеренного 4f-спектра с полученной нами базой данных дает полезную информацию об основном состоянии для парамагнитной фазы и позволяет определить и предсказать ориентации магнитных моментов в различных атомных слоях в магнитно-упорядоченных фазах. Для семейства [RE]T2Si2 (где RE – редкоземельный элемент, T – переходный металл) было показано, что направление 4f моментов в редкоземельных слоях на поверхности зачастую ортогонально направлению моментов в нижележащих редкоземельных слоях, что связано с различием кристаллического поля на поверхности и в объеме кристалла. Полученные результаты создали прочную основу для будущих исследований магнитно-активных слоистых материалов, содержащих редкоземельные элементы и их интерфейсы. Классические, широкодиапазонные 4f-спектры будут важны не только для выявления поверхностных и приповерхностных сдвигов остовного уровня, но и для предсказания того, как ориентированы 4f моменты: в плоскости, вне плоскости или даже наклонно. Последнее будет важно для предсказания ориентации обменного магнитного поля вблизи соответствующего магнитоактивного интерфейса.
Результаты работы по проекту в данном направлении опубликованы в статье [16]:
Usachov D. Yu., Glazkova D., Tarasov A. V., Schulz S., Poelchen G., Bokai K. A., Vilkov O. Yu., Dudin P., Kummer K., Kliemt K., Krellner C., Vyalikh D. V. Estimating the Orientation of 4f Magnetic Moments by Classical Photoemission // J. Phys. Chem. Lett. – 2022. – Vol. 13. – P. 7861–7869. Impact Factor = 6.888 https://doi.org/10.1021/acs.jpclett.2c02203

IV. Экспериментальное и теоретическое исследование перспективных материалов для применения в наноэлектронике: эффективные термоэлектрики и материалы для литий-металлических батарей.

18. Исследовано формирование интерфейса твердого электролита между литием и электролитом на основе полиэтиленоксида.
Одним из подходов к улучшению характеристик и обеспечению безопасной эксплуатации литий-металлических батарей является использование твердых полимерных электролитов, которые демонстрируют относительно низкую реакционную способность по отношению к металлическому литию. Однако когда литий вступает в контакт с таким электролитом, на границе раздела образуется интерфейсная пленка твердого электролита (SEI), хотя ее состав, свойства и механизм образования еще недостаточно изучены. Настоящая работа посвящена вопросу стабильности интерфейса металлического лития и полимерного электролита - полиэтиленоксида (PEO).
Мы провели измерения циклической вольтамперометрии литиево-полимерной электрохимической системы с электролитом PEO-LiTFSI [LiN(SO2CF3)2] и металлическим литием и никелем в качестве ответного и рабочего электродов соответственно. Помимо хорошо известных пиков осаждения и покрытия лития, наблюдалась необратимая катодная волна между 2 В и 0 В. Эта особенность была приписана образованию интерфейса твердого электролита в результате восстановления PEO. Данные импедансной спектроскопии подтвердили, что образование интерфейса твердого электролита приводит к значительному увеличению сопротивления ячейки из-за замедления роста пассивирующего слоя. Однако со временем рост интерфейса твердого электролита прекращается, что стабилизирует систему.
Дальнейшее понимание химических реакций, определяющих формирование пассивирующего межфазного слоя твердого электролита, было получено путем изучения методами рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (XPS) и спектроскопии поглощения (NEXAFS) модельной системы, а именно, лития, осажденного в условиях сверхвысокого вакуума на поверхность PEO. Согласно данным XPS, мы наблюдали процесс восстановления полимера в контакте с литием. Это проявляется в появлении и дальнейшем увеличении интенсивности компоненты при энергии связи 284.3 эВ в спектре C 1s и компоненты в области 529.9-531.2 эВ в спектре O 1s, которые приписываются углероду в состоянии sp3-гибридизации (связь C–C) и оксидоподобному кислороду соответственно. Выводы, полученные при помощи XPS, были дополнительно подтверждены методом NEXAFS. Из наших спектральных наблюдений мы заключили, что реакция между литием и PEO сопровождается расщеплением С–О связей и образованием фрагментов алкоксида лития и алкильных радикалов, за которыми следует рекомбинация последних и образование резистивных фрагментов полиэтилена.
Моделирование пути реакции Li-PEO методом DFT показало, что восстановительное расщепление PEO протекает с отрицательным изменением свободной энергии, что делает весь процесс термодинамически благоприятным для молекул, состоящих из 5 и более единиц этиленоксида. Таким образом, влияние длины цепи PEO важно для его реакционной способности, учитывая тот факт, что эфиры, такие как краун-эфир, не реагируют с литием через разрыв С–О связи. Данный эффект, насколько нам известно, был проигнорирован в предыдущем моделировании взаимодействия PEO с литием из первых принципов, которое проводилось только с периодическими граничными условиями.
Результаты работы по проекту в данном направлении опубликованы в статье [17]:
Ushakova E. E., Frolov A., Reveguk A. A., Usachov D. Yu., Itkis D. M., Yashina L. V. Solid electrolyte interface formation between lithium and PEO-based electrolyte // Applied Surface Science. – 2022. – Vol. 589. – P. 153014. Impact Factor = 7.392
https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2022.153014

19. Исследование электронной структуры и термоэлектрических характеристик SrTiO3, BaTiO3 и CaTiO3.
Поиск материалов для эффективных термоэлектрических преобразователей является одним из актуальных направлений современной физики и химии. Наряду с топологическими изоляторами типа Bi2Te3, Sb2Te3, Bi2Se3 эффективными термоэлектриками являются системы SrTiO3, BaTiO3 и CaTiO3. Основным параметром, определяющим эффективность термоэлектрика, является добротность материала ”ZT” , которая в свою очередь определяется коэффициентом Зеебека “S”, а также электропроводностью и теплопроводностью материала. Все перечисленные характеристики определяются кристаллической и электронной структурой материала.
Имеющиеся в литературе экспериментальные данные по соединениям SrTiO3, BaTiO3 и CaTiO3 крайне противоречивы, что не позволяет выработать системный подход к улучшению термоэлектрических характеристик данных систем за счет допирования подрешеток Sr(Ba,Ca) и Ti.
В настоящей работе проведены первопринципные расчеты (в рамках метода функционала электронной плотности) кристаллической и электронной структуры, коффициента Зеебека “S”, проводимости и функции мощности для чистых трех обозначенных выше соединений так и с учетом их допирования.
Было показано, что в подобных соединениях основным механизмом рассеяния электронов в зоне проводимости, генерируемых за счет допирования, является рассеяние по фрёлиховскому механизму на высокочастотных оптических фононах. Сопоставление вычисленных термоэлектрических характеристик с экспериментальными данными указывает на достаточно высокую точность расчетов, причем наблюдаемые отклонения, по-видимому, связаны с искажениями структуры кристаллов. Расчеты концентрационных
зависимостей функции мощности при фиксированных концентрациях или температурах позволяют сделать вывод о том, что оптимальное значение добротности для SrTiO3 может быть достигнуто в диапазоне концентрации (200− 250)·1019 1/cм3 .
Из проведенных расчетов, анализа полученных результатов и их сравнения с имеющимися экспериментальными данными можно сделать важное заключение, что разработанные в последние годы новые первопринципные подходы к расчетам термоэлектрических характеристик являются универсальными, поскольку в них не используются какие-либо упрощения относящиеся к виду дисперсии энергетических зон.
Также не используются какие-либо эмпирические параметры, относящиеся к механизмам рассеяния носителей тока. Поэтому моделирование на основе первопринципных подходов может служить полезным средством поиска эффективных термоэлектриков среди соединений с весьма разнообразными структурами, в частности, как показано нами, для оценки оптимальных концентраций допирующих элементов.
Результаты работы по проекту в данном направлении опубликованы в статье [18]:
Жуков В.П., Чулков Е.В. Электронная зонная структура и термоэлектрические характеристики SrTiO3, BaTiO3 и CaTiO3: ab initio подход // Физика твердого тела. – 2022. – Т. 64. – № 12. - С. 1891. Impact Factor = 0.848 https://journals.ioffe.ru/articles/53638

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1.Frolov A. S., Usachov D. Yu., Fedorov A. V., Vilkov O. Yu., Golyashov V., Tereshchenko O. E., Bogomyakov A. S., Kokh K., Muntwiler M., Amati M., Gregoratti L., Sirotina A. P., Abakumov A. M., Sánchez-Barriga J., Yashina L. V. Ferromagnetic Layers in a Topological Insulator (Bi,Sb)2Te3 Crystal Doped with Mn // ACS Nano. – 2022. https://doi.org/10.1021/acsnano.2c08217
2.Klimovskikh I.I., Estyunin D. A., Makarova T. P., Tereshchenko O. E., Kokh K. A., Shikin A. M. Electronic structure of Pb adsorbed surfaces of intrinsic magnetic topological insulators // The Journal of Physical Chemistry Letters. – 2022. – Vol. 13. – P. 6628−6634.
3.Estyunin D. A., Makarova T. P., Kokh K. A., Tereshchenko O. E., Shikin A. M., Klimovskikh I. I. Contact of the intrinsic magnetic topological insulator Mn(Bi,Sb)2Te4 with a superconducting Pb film // Phys. Rev. B. – 2022. – Vol. 106. – P. 155305.
4.Eremeev S. V., Otrokov M. M., Ernst A., Chulkov E. V. Magnetic ordering and topology in Mn2Bi2Te5 and Mn2Sb2Te5 van der Waals materials // Phys. Rev. B. – 2022. – Vol. 105. – P. 195105.
5.Men’shov V. N., Shvets I. A., Chulkov E. V. Towards comprehension of the surface state properties in the intrinsic magnetic topological insulators // Phys. Rev. B. – 2022. – Vol. 106. – P. 205301.
6.Shikin A. M., Makarova T. P., Eryzhenkov A. V., Usachov D. Yu., Estyunin D. A., Glazkova D. A., Klimovskikh I. I., Rybkin A. G., Tarasov A. V. Routes for the topological surface state energy gap modulation in antiferromagnetic MnBi2Te4 // Physica B: Condensed Matter. – 2022. – Vol. 649. – P. 414443.
7.Глазкова Д. А., Естюнин Д. А., Климовских И. И., Рыбкина А. А., Головчанский И. А., Терещенко О. Е., Кох К. А., Щетинин И. В., Голяшов В. А., Шикин А. М. Смешанный тип магнитного порядка в собственных магнитных топологических изоляторах Mn(Bi,Sb)2Te4 // Письма в ЖЭТФ. – 2022. – Т. 116. – №11. – С. 793–800.
8.Абдуллаев Н. А., Амирасланов И. Р., Алиев З. С., Джахангирли З. А., Скляднева И. Ю., Ализаде Е. Г., Алиева Е. Н., Отроков М. М., Зверев В. Н., Мамедов Н. Т., Чулков Е. В. Динамика решетки Bi2Te3 и колебательные моды в рамановском рассеянии топологических изоляторов MnBi2Te4·n(Bi2Te3) // Письма в ЖЭТФ. – 2022. – Т. 115. – № 12. – С. 801–808.
9.Макарова Т. П., Естюнин Д. А., Фильнов С. О., Глазкова Д. А., Пудиков Д. А., Рыбкин А. Г., Гогина А. А., Алиев З. С., Амирасланов И. Р., Мамедов Н. Т., Кох К. А., Терещенко О. Е., Шикин А. М., Отроков М. М., Чулков Е. В., Климовских И. И. Влияние атомов Co на электронную структуру топологических изоляторов Bi2Te3 и MnBi2Te4 // ЖЭТФ. – 2022. – Т. 161. – № 5. – C. 711–719.
10.Rybkin A.G., Tarasov A.V., Rybkina A.A., Usachov D.Yu., Petukhov A.E., Eryzhenkov A.V., Pudikov D.A., Gogina A.A., Klimovskikh I.I., Di Santo G., Petaccia L., Varykhalov A., Shikin A.M. Sublattice ferrimagnetism in quasifreestanding graphene // Physical Review Letters. – 2022. – V. 129. – P. 226401.
11.Inozemtseva A. I., Sergeev A. V., Napolskii K. S., Kushnir S. E., Belov V., Itkis D. M., Usachov D., Yashina L. V. Graphene electrochemistry: ‘adiabaticity’ of electron transfer // Electrochimica Acta. – 2022. – Vol. 427. – P. 140901.
12.Рыбкина А. А., Фильнов С. О., Глазкова Д. А., Вилков О. Ю., Бокай К. А., Пудиков Д. А., Шикин А. М., Рыбкин А. Г. Влияние интеркаляции золота на электронную структуру графена на Co-Si/SiC(0001) // Физика твердого тела. – 2022. – Т. 64. – № 8. – C. 1122.
13.Gogina A.A., Tarasov A.V., Eryzhenkov A.V., Rybkin A.G., Shikin A.M., Filianina M. And Klimovskikh I.I. Adsorption of Na monolayer on graphene covered Pt(111) substrate // Письма в ЖЭТФ. – 2022. – Принята в печать.
14.Poelchen G., Rusinov I. P., Schulz S., Güttler M., Mende M., Generalov A., Usachov D. Yu., Danzenbächer S., Hellwig J., Peters M., Kliemt K., Kucherenko Yu., Antonov V. N., Laubschat C., Chulkov E. V., Ernst A., Kummer K., Krellner C., Vyalikh D. V. Interlayer Coupling of a Two-Dimensional Kondo Lattice with a Ferromagnetic Surface in the Antiferromagnet CeCo2P2 // ACS Nano. – 2022. – Vol. 16. – P. 3573−3581.
15.Tarasov A. V., Glazkova D., Schulz S., Poelchen G., Kliemt K., Kraiker A., Muntwiler M., Laubschat C., Generalov A., Polley C., Krellner C., Vyalikh D. V., Usachov D. Yu. Crystal electric field and properties of 4f magnetic moments at the surface of the rare-earth compound TbRh2Si2 // Phys. Rev. B. – 2022. – Vol. 106. – P. 155136.
16.Usachov D. Yu., Glazkova D., Tarasov A. V., Schulz S., Poelchen G., Bokai K. A., Vilkov O. Yu., Dudin P., Kummer K., Kliemt K., Krellner C., Vyalikh D. V. Estimating the Orientation of 4f Magnetic Moments by Classical Photoemission // J. Phys. Chem. Lett. – 2022. – Vol. 13. – P. 7861–7869.
17.Ushakova E. E., Frolov A., Reveguk A. A., Usachov D. Yu., Itkis D. M., Yashina L. V. Solid electrolyte interface formation between lithium and PEO-based electrolyte // Applied Surface Science. – 2022. – Vol. 589. – P. 153014.
18.Жуков В.П., Чулков Е.В. Электронная зонная структура и термоэлектрические характеристики SrTiO3, BaTiO3 и CaTiO3: ab initio подход // Физика твердого тела. – 2022. – Т. 64. – № 12. - С. 1891.

Информация о привлечении финансирования из внешнихпо отношению к СПбГУ источников:

1) Грант РНФ № 18-02-00062 «Магнитно-упорядоченные2D системы с Дираковским конусом электронных состояний как ключевые материалыдля устройств спинтроники и топологических квантовых компьютеров», рук-ль А.М.Шикин (Pure ID: 90525090). Смета гранта на 2022 год: 6000 тыс. руб. - Закупка комплектующих для создаваемой на базе Лаборатории электронной и спиновой структуры наносистем "Сверхвысоковакуумной установки AM-PVD" для синтеза наносистем.

2) Договор на НИР от 06.11.2020 № ЕП-52-2020/223 с ИФП СО РАН по теме: «Исследование электронной и спиновой структуры Дираковскихматериалов и двумерных систем с большим спин-орбитальным взаимодействием» (PureID: 87720336) для выполнения работ по Соглашению о создании консорциума №2020-1от 26 мая 2020 г. в целях реализации крупного научного проекта «Квантовыеструктуры для посткремниевой электроники» по Соглашению о предоставлении изфедерального бюджета грантов в форме субсидии № 075-15-2020-797 от 29 сентября2020 г. Рук-ль А.М. Шикин. Смета гранта на 2022 год: 15000 тыс. руб. - Закупка комплектующих для создаваемой на базе Лаборатории электронной и спиновой структуры наносистем "Сверхвысоковакуумной установки AM-PVD" для синтеза наносистем.

3) Грант РНФ № 20-72-00031«Магнитно-спин-орбитальный графен для реализации устройств спинтроники», рук-льА.А. Рыбкина (Pure ID: 86191949). Смета гранта за этап июль 2021 – июнь 2022:1500 тыс. руб. - Закупка комплектующих для создаваемой на базе Лаборатории электронной и спиновой структуры наносистем "Сверхвысоковакуумной установки AM-PVD" для синтеза наносистем.

6) ElettraSincrotrone Trieste (Триест, Италия). Оплата за публикацию статьи 2022года, опубликованную в журнале PhysicalReviewLetters($815).