最近FeBi2Te4(FBT)单晶被成功合成,有望取代MnBi2Te4材料作为本征铁磁拓扑绝缘体,在量子反常霍尔效应观测等方面具有重要的研究意义,目前也受到了广泛的关注。我院张健敏、黄志高教授近期也系统报道了FeBi2Te4的拓扑性质及其压力调控的量子相变行为(https://doi.org/10.1039/D3TC01890C)。然而,在材料在实验合成过程发现Fe和Bi元素的共存率偏低,FBT合成极易出现各种缺陷,通过掺杂被发现是一种有效的调控策略,掺杂原子的引入又会带来更新奇的物性变化。
基于上述,张健敏、黄志高教授团队在前期工作基础上,通过第一性原理计算,系统研究了高浓度Se掺杂对FM-z磁序FBT材料磁性、结构稳定性和拓扑性能的影响。研究表明特定位点的Se掺杂有利于增强Bi-Se键稳定性,但降低结构稳定性。并将晶体结构塌缩现象归因于Se更强的电负性,等效于施加压应力。此外,不同的替代缺陷将诱导结构相变和多量子拓扑相变过程。
研究成果以《Structural and topological phase transitions in Se doping-controlled intrinsic magnetic topological material FeBi2Te4》为题发表于物理学国际刊物《New Journal of Physics》。福建师范大学为唯一作者单位,我院博士研究生郭文锑为第一作者,张健敏教授为本文通讯作者。研究工作得到国家自然科学基金面上项目和福建省自然科学基金杰青项目、重点项目等联合资助。
DOI:https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1367-2630/acf1c2