Электронная и магнитная структура двумерного соединения GdPb3 с кагоме структурой

Проведено экспериментальное и теоретическо исследование одноатомных слоев GdPb3, LaPb3, YbPb3 обладающих кагоме структурой с периодом 3×3 на поверхности Si(111). Измерения сопротивления и магнитосопротивления проводились in situ с использованием четырехточечного зондового метода в диапазоне температур от 2,5 до 33 К и магнитных полей от -8 до +8 Тл. Наибольшее внимание было уделено GdPb3 — их транспортные и магнитотранспортные измерения выявили наличие двух критических температур, 6 и 25 К. При температурах ниже 25 К, которые можно интерпретировать как температуру Кюри, система GdPb3/Si(111) проявляет коэрцитивность, обычно связанную с ферромагнитным упорядочением. Расчеты теории функционала плотности показали, что в электронной зонной структуре GdPb3/Si(111) уровень Ферми лежит очень близко к запрещенной зоне, поэтому поверхность Ферми состоит из небольших дырочных карманов вблизи точек М и что простое ферромагнитное упорядочение атомов Gd маловероятно, и магнитную структуру GdPb3 следует искать среди более сложных, а нижний предел масштаба был оценен примерно в 2 нм, который совпадает с масштабом скирмионов в некоторых системах. Вероятнее всего, магнитная фрустрация треугольной решетки атомов Gd и большая спин-орбитальная связь атомов Pb могли бы являться причиной формирования топологически стабильной скирмионной решетки одноатомного слоя GdPb3. Однако данные по магнитосопротивлению дают только намеки, и перспективные исследования с использованием других методов (например, спин-поляризованной сканирующей туннельной микроскопии и измерений Холла) крайне желательны для дальнейшего изучения этой уникальной системы, демонстрирующей низкоразмерный магнетизм на пределе атомного масштаба толщины пленки.


Работа частично выполнена в рамках государственного задания ИФПМ СО РАН, тема № FWRW-2022-0001.

N. V. Denisov, L. V. Bondarenko, Y. E. Vekovshinin, A. N. Mihalyuk, S. V. Eremeev, D. V. Gruznev, A. V. Zotov, A. A. Saranin, Magnetotransport properties of a single-atom thick GdPb3 kagome compound on Si(111), J. Mater. Chem. C 13, 7219 (2025).
DOI: 10.1039/d4tc04410j