近日，中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所中國(guó)散裂中子源（CSNS）通用粉末衍射儀團(tuán)隊(duì)及合作者在非共線反鐵磁材料研究方面取得重要進(jìn)展，相關(guān)研究以“Phase transitions associated with magnetic-field induced topological orbital momenta in a non-collinear antiferromagnet”為題在線發(fā)表在Nature子刊《Nature Communications》。
在新興的反鐵磁自旋電子學(xué)領(lǐng)域，人們探索了各種方法來調(diào)控材料的反鐵磁結(jié)構(gòu)，進(jìn)而促進(jìn)新一代自旋芯片的開發(fā)與應(yīng)用。在多晶非共線反鐵磁材料中，隨著每個(gè)晶粒中的反鐵磁磁結(jié)構(gòu)的改變，電阻率張量的所有非對(duì)角元是否會(huì)抵消尚不清楚。CSNS通用粉末衍射儀團(tuán)隊(duì)及合作者在非共線反鐵磁多晶材料中發(fā)現(xiàn)了橫向電阻率對(duì)弱磁場(chǎng)的強(qiáng)烈響應(yīng)以及磁場(chǎng)誘導(dǎo)的拓?fù)滠壍绖?dòng)量的存在；通過中子衍射實(shí)驗(yàn)及其詳細(xì)的分析，揭示了磁結(jié)構(gòu)隨溫度和磁場(chǎng)的微小變化，證實(shí)了橫向電阻率的出現(xiàn)是由于非共線自旋排列的不同磁相之間的轉(zhuǎn)變；同時(shí)，基于自旋對(duì)稱性分析發(fā)展了現(xiàn)象學(xué)模型來描述電阻率張量對(duì)磁場(chǎng)和溫度的依賴性，揭示高對(duì)稱相由場(chǎng)誘導(dǎo)的拓?fù)滠壍绖?dòng)量穩(wěn)定。電阻率張量的大小和方向取決于磁場(chǎng)相對(duì)于亞晶格磁化的方向，而不是晶軸，因此，電阻率的橫向分量在粉末樣品中不會(huì)消失。
值得強(qiáng)調(diào)的是該工作的磁矩變化非常小，在Mn3Zn0.5Ge0.5N材料中，非共線磁結(jié)構(gòu)Γ5g的磁矩在（111）面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)從4 K的零逐漸增加到2 K的6.5?，凈磁矩增加?1%。通用粉末衍射儀已實(shí)現(xiàn)高分辨率、寬d 值探測(cè)范圍和優(yōu)異的信噪比，在本工作中展示了優(yōu)秀的表征能力。
通用粉末衍射儀鄧司浩副研究員為該工作的第一作者和共同通訊作者，通用粉末衍射儀的何倫華研究員和德國(guó)卡爾斯魯厄理工學(xué)院學(xué)術(shù)主任Christoph Sürgers為共同通訊作者，高能所為第一通訊單位。該項(xiàng)工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金委、廣東省、松山湖、德國(guó)研究聯(lián)合會(huì)、捷克科學(xué)基金會(huì)等的資助和支持。
文章鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-45129-x
圖1. 基于橫向和縱向電阻率測(cè)量而獲得的磁場(chǎng)-溫度磁結(jié)構(gòu)相圖
圖2. Mn3Zn0.5Ge0.5N的中子衍射實(shí)驗(yàn)結(jié)果
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