Комплексное исследование электронных свойств и атомной структуры низкоразмерных систем: поверхности, тонкие пленки, гетероструктуры и нанокластеры (промежуточный отчет за 2019 г.)

Объекты исследований: тонкие металлические пленки, поверхности соединений лантаноидов и переходным металлов, поверхности слоистых полупроводниковых соединений, содержащие элементы с сильным спин-орбитальным взаимодействием, антиферромагнитный топологический изолятор. Цель: изучение атомной структуры, колебательных и электронных спектров, а также магнитной структуры низкоразмерных систем и поиск механизмов, позволяющих управлять их свойствами на атомном уровне, за счет вариации структуры и химического состава для разработки новых перспективных материалов. Проведено широкое исследование атомной структуры, электронного строения, спиновой текстуры, топологических инвариантов, а также фононных спектров и магнитного упорядочения низкоразмерных объектов. Обнаружен переход от структуры с(2×2)-Na, соразмерной подложке Cu(001), в ОЦК (110)-ориентированную структуру начиная со 2-го монослоя. Найдена равновесная структура для слоев (2×2)-K на поверхностях (111) Pt и Cu. Показано, что адсорбция K приводит к исчезновению ряда поверхностных и резонансных электронных состояний и появлению новых поверхностных состояний. Изучение поверхности GdRh₂Si₂(001) показало, что на поверхностях антиферромагнитной фазы этого соединения имеется гигантская знакопеременная релаксация атомных слоев, значительно влияющая на дисперсию поверхностных состояний. Установлено, что как на полярных, так и неполярных поверхностях Bi₂O₂Se и Bi₂O₂Te имеются состояния со спиновым расщеплением рашбовского типа. Металлические состояния на полярных поверхностях возникают из-за огромного изгиба потенциала вблизи поверхностности. На неполярных поверхностях спин-расщепленные состояния являются неметаллическими. Теоретически исследованы электронная и магнитная структуры, а также топология электронных зон слоисто-блочного ван-дер-ваальсового соединения MnBi₂Te₄. Показано, что указанное соединение является собственным антиферромагнитным топологическим изолятором. Пленки MnBi₂Te₄ с нечетным числом блоков (больше равно 3) характеризуются ненулевым числом Черна и должны проявлять квантовый аномальный эффект Холла. В пленках с четным числом блоков появляется возможность существования фазы квантового аномального эффекта Холла с нулевым плато.