The layered EuSn2As2 crystal has been proved to be an intrinsic magnetic topological insulator with Bi2Te3-type rhombohedral structure at ambient conditions and undergoes a structural phase transition under pressure. Here, we report an experimental lattice vibration study of EuSn2As2 up to 30.5 GPa by in situ Raman scattering measurements. Four Raman-active modes (2A1g + 2Eg) at ambient pressure are observed experimentally and identified by first-principles calculations. Upon compression, the Eg2 and A1g2 modes merge together at 12.45 GPa, meanwhile the frequencies, intensities, and linewidths of all Raman modes show discontinuous changes, exhibiting a structural phase transition. No Raman-active modes are observed above 21.5 GPa, indicating the new high-pressure metallic phase is completely achieved. The evolution of all observed modes under pressure is also discussed with a two-stage reconstruction mechanism proposed recently by ab initio calculations and XRD measurements. These results provide a basic information about the lattice dynamics and expand our understandings on the structural evolution in layered magnetic topological insulators under high pressure.

1.
R. S.
Mong
,
A. M.
Essin
, and
J. E.
Moore
,
Phys. Rev. B
81
,
245209
(
2010
).
2.
X. L.
Qi
,
T. L.
Hughes
, and
S. C.
Zhang
,
Phys. Rev. B
82
,
184516
(
2010
).
3.
R.
Yu
,
W.
Zhang
,
H. J.
Zhang
,
S. C.
Zhang
,
X.
Dai
, and
Z.
Fang
,
Science
329
,
61
(
2010
).
4.
C. Z.
Chang
,
J.
Zhang
,
X.
Feng
,
J.
Shen
,
Z.
Zhang
,
M.
Guo
,
K.
Li
,
Y.
Ou
,
P.
Wei
, and
L. L.
Wang
,
Science
340
,
167
(
2013
).
5.
D.
Zhang
,
M.
Shi
,
T.
Zhu
,
D.
Xing
,
H.
Zhang
, and
J.
Wang
,
Phys. Rev. Lett.
122
,
206401
(
2019
).
6.
Y.
Deng
,
Y.
Yu
,
M. Z.
Shi
,
Z.
Guo
,
Z.
Xu
,
J.
Wang
,
X. H.
Chen
, and
Y.
Zhang
,
Science
367
,
895
(
2020
).
7.
M.
Mogi
,
M.
Kawamura
,
R.
Yoshimi
,
A.
Tsukazaki
,
Y.
Kozuka
,
N.
Shirakawa
,
K. S.
Takahashi
,
M.
Kawasaki
, and
Y.
Tokura
,
Nat. Mater.
16
,
516
(
2017
).
8.
Y.
Gong
,
J.
Guo
,
J.
Li
,
K.
Zhu
, and
K.
He
,
Chin. Phys. Lett.
36
,
076801
(
2019
).
9.
L.
Zhou
,
Z.
Tan
,
D.
Yan
,
Z.
Fang
,
Y.
Shi
, and
H.
Weng
,
Phys. Rev. B
102
,
085114
(
2020
).
10.
Q. L.
He
,
X.
Kou
,
A. J.
Grutter
,
G.
Yin
,
L.
Pan
,
X.
Che
,
Y.
Liu
,
T.
Nie
,
B.
Zhang
, and
S. M.
Disseler
,
Nat. Mater.
16
,
94
(
2017
).
11.
J. G.
Checkelsky
,
R.
Yoshimi
,
A.
Tsukazaki
,
K. S.
Takahashi
,
Y.
Kozuka
,
J.
Falson
,
M.
Kawasaki
, and
Y.
Tokura
,
Nat. Phys.
10
,
731
(
2014
).
12.
Q.
Liu
,
C. X.
Liu
,
C.
Xu
,
X. L.
Qi
, and
S. C.
Zhang
,
Phys. Rev. Lett.
102
,
156603
(
2009
).
13.
X.
Kou
,
S. T.
Guo
,
Y.
Fan
,
L.
Pan
,
M.
Lang
,
Y.
Jiang
,
Q.
Shao
,
T.
Nie
,
K.
Murata
, and
J.
Tang
,
Phys. Rev. Lett.
113
,
137201
(
2014
).
14.
C.
Liu
,
Y.
Wang
,
H.
Li
,
Y.
Wu
,
Y.
Li
,
J.
Li
,
K.
He
,
Y.
Xu
,
J.
Zhang
, and
Y.
Wang
,
Nat. Mater.
19
,
522
(
2020
).
15.
M.
Otrokov
,
I. P.
Rusinov
,
M.
Blanco-Rey
,
M.
Hoffmann
,
A. Y.
Vyazovskaya
,
S.
Eremeev
,
A.
Ernst
,
M.
Echenique
,
A.
Arnau
, and
E. V.
Chulkov
,
Phys. Rev. Lett.
122
,
107202
(
2019
).
16.
S.
Zhang
,
R.
Wang
,
X. P.
Wang
 et al.,
Nano Lett.
20
,
709
(
2020
).
17.
H.
Li
,
S. Y.
Gao
,
S. F.
Duan
,
Y. F.
Xu
,
K. J.
Zhu
,
S. J.
Tian
,
J. C.
Gao
,
W. H.
Fan
,
Z. C.
Rao
,
J. R.
Huang
,
J. J.
Li
,
D. Y.
Yan
,
Z. T.
Liu
,
W. L.
Liu
,
Y. B.
Huang
,
Y. L.
Li
,
Y.
Liu
,
G. B.
Zhang
,
P.
Zhang
,
T.
Kondo
,
S.
Shin
,
H. C.
Lei
,
Y. G.
Shi
,
W. T.
Zhang
,
H. M.
Weng
,
T.
Qian
, and
H.
Ding
,
Phys. Rev. X
9
,
041039
(
2019
).
18.
M. Q.
Arguilla
,
N. D.
Cultrara
,
Z. J.
Baum
,
S.
Jiang
,
R. D.
Ross
, and
J. E.
Goldberger
,
Inorg. Chem. Front.
4
,
378
(
2017
).
19.
H. C.
Chen
,
Z. F.
Lou
,
Y. X.
Zhou
,
Q.
Chen
,
B. J.
Xu
,
S. J.
Chen
,
J. H.
Du
,
J. H.
Yang
,
H. D.
Wang
, and
M. H.
Fang
,
Chin. Phys. Lett.
37
,
047201
(
2020
).
20.
H. J.
Li
,
W. S.
Gao
,
Z.
Chen
,
W. W.
Chu
,
Y.
Nie
,
S. Q.
Ma
,
Y. Y.
Han
,
M.
Wu
,
T.
Li
,
Q.
Niu
,
W.
Ning
,
X. D.
Zhu
, and
M. L.
Tian
,
Phys. Rev. B
104
,
054435
(
2021
).
21.
R.
Sakagami
,
Y.
Goto
,
H.
Karimata
,
N.
Azuma
,
M.
Yamaguchi
,
S.
Iwasaki
,
M.
Nakanishi
,
I.
Kitawaki
,
Y.
Mizuguchi
,
M.
Matoba
, and
Y.
Kamihara
,
Jpn. J. Appl. Phys.
60
,
035511
(
2021
).
22.
X. D.
Lv
,
X. J.
Chen
,
B. W.
Zhang
,
P. H.
Jiang
, and
Z. C.
Zhong
,
ACS Appl. Electron. Mater.
4
,
3212
(
2022
).
23.
C. L.
Liu
,
Y.
Liu
,
Z. Q. Z.
Chen
,
S.
Zhang
,
C. F.
Shi
,
G. H.
Li
,
X.
Yu
,
Z. W.
Xu
,
L. B.
Zhang
,
W. C.
Zhao
,
X. S.
Chen
,
W.
Lu
, and
L.
Wang
,
npj 2D Mater. Appl.
6
,
26
(
2022
).
24.
S.
Pakhira
,
M. A.
Tanatar
,
T.
Heitmann
,
D.
Vaknin
, and
D. C.
Johnston
,
Phys. Rev. B
104
,
174427
(
2021
).
25.
Y.
Xu
,
Z.
Song
,
Z.
Wang
,
H.
Weng
, and
X.
Dai
,
Phys. Rev. Lett.
122
,
256402
(
2019
).
26.
S.
Regmi
,
M. M.
Hosen
,
B.
Ghosh
,
B.
Singh
,
G.
Dhakal
,
C.
Sims
,
B. K.
Wang
,
F.
Kabir
,
K.
Dimitri
,
Y. Y.
Liu
,
A.
Agarwal
,
H.
Lin
,
D.
Kaczorowski
,
A.
Bansil
, and
M.
Neupane
,
Phys. Rev. B
102
,
165153
(
2020
).
27.
Y.
Zhang
,
K.
Deng
,
X.
Zhang
,
M.
Wang
,
Y.
Wang
,
C.
Liu
,
J.-W.
Mei
,
S.
Kumar
,
E. F.
Schwier
, and
K.
Shimada
,
Phys. Rev. B
101
,
205126
(
2020
).
28.
X.
Gui
,
I.
Pletikosic
,
H. B.
Cao
,
H. J.
Tien
,
X. T.
Xu
,
R. D.
Zhong
,
G. Q.
Wang
,
T. R.
Chang
,
S.
Jia
,
T.
Valla
,
W. W.
Xie
, and
R. J.
Cava
,
Acs. Central. Sci.
5
,
900
(
2019
).
29.
G. M.
Pierantozzi
,
A.
De Vita
,
C.
Bigi
,
X.
Gui
,
H. J.
Tien
,
D.
Mondal
,
F.
Mazzola
,
J.
Fujii
,
I.
Vobornik
,
G.
Vinai
,
A.
Sala
,
C.
Africh
,
T. L.
Lee
,
G.
Rossi
,
T. R.
Chang
,
W. W.
Xie
,
R. J.
Cava
, and
G.
Panaccione
,
Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A.
119
,
e2116575119
(
2022
).
30.
L.
Zhao
,
C. J.
Yi
,
C. T.
Wang
,
Z. H.
Chi
,
Y. Y.
Yin
,
X. L.
Ma
,
J. H.
Dai
,
P. T.
Yang
,
B. B.
Yue
,
J. G.
Cheng
,
F.
Hong
,
J. T.
Wang
,
Y. H.
Han
,
Y. G.
Shi
, and
X. H.
Yu
,
Phys. Rev. Lett.
126
,
155701
(
2021
).
31.
H. L.
Sun
,
C. Q.
Chen
,
Y. S.
Hou
,
W. L.
Wang
,
Y.
Gong
,
M. W.
Huo
,
L. S.
Li
,
J.
Yu
,
W. P.
Cai
,
N. T.
Liu
,
R. Q.
Wu
,
D. X.
Yao
, and
M.
Wang
,
Sci. China. Phys. Mech.
64
,
118211
(
2021
).
32.
J. T.
Wang
,
C. H.
Wang
, and
C. F.
Chen
,
Phys. Rev. B
104
,
L220101
(
2021
).
33.
Q.
Zheng
,
Q.
Li
,
S.
Xue
,
Y.
Wu
,
L.
Wang
,
Q.
Zhang
,
X.
Qin
,
X.
Zhao
,
F.
Wang
, and
W.
Yang
,
Chin. Phys. Lett.
38
,
026102
(
2021
).
34.
O.
Gomis
,
R.
Vilaplana
,
F. J.
Manjón
,
P.
Rodríguez-Hernández
,
E.
Pérez-González
,
A.
Munoz
,
V.
Kucek
, and
C.
Drasar
,
Phys. Rev. B
84
,
174305
(
2011
).
35.
R.
Vilaplana
,
O.
Gomis
,
F. J.
Manjón
,
A.
Segura
,
E. P
érez-González
,
P.
Rodríguez-Hernández
,
A.
Munoz
,
J.
González
,
V.
Marín-Borrás
, and
V.
Munoz-Sanjosé
,
Phys. Rev. B
84
,
104112
(
2011
).
36.
Y. Y.
Yin
,
X. L.
Ma
,
D.
Yan
,
C. J.
Yi
,
B. B.
Yue
,
J. H.
Dai
,
L.
Zhao
,
X. H.
Yu
,
Y. G.
Shi
,
J. T.
Wang
, and
F.
Hong
,
Phys. Rev. B
104
,
174114
(
2021
).
37.
C. Y.
Pei
,
Y. Y.
Xia
,
J. Z.
Wu
 et al.,
Chin. Phys. Lett.
37
,
066401
(
2020
).
38.
G. M.
Li
,
X. H.
Wu
,
Y. F.
Gao
 et al.,
Nano Lett.
22
,
3856
(
2022
).
39.
M.
Rodriguez-Vega
,
A.
Leonardo
, and
G. A.
Fiete
,
Phys. Rev. B
102
,
104102
(
2020
).
40.
D.
Lujan
,
J.
Choe
,
M.
Rodriguez-Vega
 et al.,
Nat. Commun.
13
,
2527
(
2022
).
41.
H.
Padmanabhan
,
M.
Poore
,
P. K.
Kim
 et al.,
Nat. Commun.
13
,
1929
(
2022
).
42.
J.
Choe
,
D.
Lujan
,
M.
Rodriguez-Vega
 et al.,
Nano Lett.
21
,
6139
(
2021
).
43.
Y. J.
Cho
,
J. H.
Kang
,
L. B.
Liang
,
M.
Taylor
,
X. R.
Kong
,
S.
Ghosh
,
F.
Kargar
,
C. W.
Hu
,
A. A.
Balandin
,
A. A.
Puretzky
, and
N.
Ni
,
Phys. Rev. Res.
4
,
013108
(
2022
).
44.
G.
Kresse
and
J.
Furthmüller
,
Phys. Rev. B
54
,
11169
(
1996
).
45.
P. E.
Blöchl
,
Phys. Rev. B
50
,
17953
(
1994
).
46.
J. P.
Perdew
,
A.
Ruzsinszky
,
G. I.
Csonka
,
O. A.
Vydrov
,
G. E.
Scuseria
,
L. A.
Constantin
,
X.
Zhou
, and
K.
Burke
,
Phys. Rev. Lett.
100
,
136406
(
2008
).
47.
V. I.
Anisimov
,
J.
Zaanen
, and
O. K.
Andersen
,
Phys. Rev. B
44
,
943
(
1991
).
48.
K.
Parlinski
,
Z. Q.
Li
, and
Y.
Kawazoe
,
Phys. Rev. Lett.
78
,
4063
(
1997
).
49.
A.
Siegel
,
K.
Parlinski
, and
U. D.
Wdowik
,
Phys. Rev. B
74
,
104116
(
2006
).
50.
G.
Herzberg
,
Molecular Spectra and Molecular Structure
(
D. Van Nostrand Co. Inc
.,
New York
,
1945
).
51.
V. S.
Bhadram
,
L.
Krishna
,
E. S.
Toberer
,
R.
Hrubiak
,
E.
Greenberg
,
V. B.
Prakapenka
, and
T. A.
Strobel
,
Appl. Phys. Lett.
110
,
182106
(
2017
).
52.
T.
Palasyuk
,
M.
Tkacz
, and
L.
Dubrovinsky
,
Solid State Commun.
142
,
337
(
2007
).
53.
Y. S.
Ponosov
,
S. V.
Ovsyannikov
,
S. V.
Streltsov
,
V. V.
Shchennikov
, and
K.
Syassen
,
High Pressure Res.
29
,
224
(
2009
).
54.
S. V.
Ovsyannikov
,
H. Y.
Gou
,
N. V.
Morozova
,
I.
Tyagur
,
Y.
Tyagur
, and
V. V.
Shchennikov
,
J. Appl. Phys.
113
,
013511
(
2013
).
55.
J. L.
Wang
,
S. J.
Zhang
,
Y.
Liu
,
C. Q.
Jin
,
N. N.
Li
,
L. J.
Zhang
,
Q. J.
Liu
,
R.
Shen
,
Z.
He
, and
X. R.
Liu
,
J. Phys. D
50
,
235304
(
2017
).

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.