Электронная и спиновая структура топологических поверхностных состояний MnBi$_4$Te$_7$ и MnBi$_6$Te$_{10}$ и их модификация приложенным электрическим полем

Методами теории функционала плотности (ТФП) проведены расчеты электронной и спиновой структуры топологических поверхностных состояний (ТПС) для антиферромагнитных топологических изоляторов MnBi$_4$Te$_7$ и MnBi$_6$Te$_{10}$, состоящих из последовательности магнитных семислойных блоков (СБ) MnBi$_2$Te$_4$, разделенных немагнитными пятислойными блоками (ПБ) Bi$_2$Te$_3$. Проанализированы особенности, характерные для систем с различной терминацией поверхности (как СБ, так и ПБ) и проведено сравнение результатов теоретических расчетов с экпериментально измеренными дисперсиями электронных состояний. Показано, что при терминации поверхности магнитным СБ в структуре ТПС в точке Дирака открывается энергетическая запрещенная зона (ЭЗЗ) порядка 35–45 мэВ, подобно MnBi$_2$Te$_4$. При терминации поверхности немагнитным ПБ структура ТПС уже ближе к виду, характерному для Bi$_2$Te$_3$ с различным энергетическим сдвигом точки Дирака и формированием гибридизационных ЭЗЗ в структуре ТПС, обусловленных взаимодействием с нижележащим СБ. Проведены расчеты, показывающие возможность изменения величины ЭЗЗ в точке Дирака при вариации расстояния между блоками на поверхности без принципиального изменения электронной структуры. Приложение электрического поля перпендикулярно поверхности меняет электронную и спиновую структуру ТПС и может модулировать величину ЭЗЗ в точке Дирака в зависимости от напряженности и знака приложенного поля, что может быть использовано для практических приложений.