Э. Т. Кулатов, Ю. А. Успенский, К. И. Кугель, “Магнитные топологические сплавы на основе дираковского полуметалла Cd$_3$As$_2$: легирование атомами Cr, Mn и Fe”, Письма в ЖЭТФ, 2025, том 121, выпуск 9,страницы 771

КОНДЕНСИРОВАННОЕ СОСТОЯНИЕ

Магнитные топологические сплавы на основе дираковского полуметалла Cd$_3$As$_2$: легирование атомами Cr, Mn и Fe

Э. Т. Кулатов^a, Ю. А. Успенский^b, К. И. Кугель^cd

^a Институт общей физики им. А.М.Прохорова РАН, 119991 Москва, Россия
^b Физический институт им. П.Н.Лебедева РАН, 119991 Москва, Россия
^c Национальный исследовательский университет Высшая школа экономики, 101000 Москва, Россия
^d Институт теоретической и прикладной электродинамики РАН, 125412 Москва, Россия

Аннотация: Согласно теоретическим моделям, внесение в дираковский полуметалл магнитных атомов расщепляет конус Дирака на два конуса Вейля, формируя тем самым магнитный вейлевский полуметалл, привлекательный для приложений. В настоящей работе этот процесс исследуется ab initio, на примере легирования дираковского полуметалла Cd$_3$As$_2$ атомами Cr, Mn и Fe. Для случаев ферромагнитного и антиферромагнитного упорядочения спинов в сплавах (Cd$_{1-x}$M$_x)_3$As$_2$,(M = Cr, Mn, Fe) рассчитываются зонная структура, поверхность Ферми, скорость электронов на уровне Ферми и плазменная частота Друде, а также оценивается время релаксации при температуре $T\to0\,$K. Из расчетов следует, что в ферромагнитных сплавах один конус Вейля, как правило, разрушается за счет гибридизации электронных состояний Cd$_3$As$_2$ с $3d$-орбиталями атомов M. Условием сохранения второго конуса Вейля является его попадание в энергетическое окно, свободное от $3d$-состояний атомов M. Существование таких окон тесно связано с энергией и заполнением $3d{\uparrow}$- и $3d{\downarrow}$-зон атомов M, типом спинового упорядочения (ферро- или антиферромагнитного) и химическим составом сплава. В частности, окна отсутствуют в антиферромагнитных сплавах, за исключением случая M = Mn. Оценки показывают, что конус Вейля, если он сохраняется, доминирует в транспортных свойствах (Cd$_{1-x}$M$_x)_3$As$_2$, что согласуется с результатами экспериментов.

Поступила в редакцию: 17.03.2025
Исправленный вариант: 04.04.2025
Принята в печать: 06.04.2025

DOI: 10.31857/S0370274X25050104