近日，中國科學院高能物理研究所中國散裂中子源（CSNS）通用粉末衍射儀團隊及合作者在非共線反鐵磁材料研究方面取得重要進展，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)，進而促進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角元是否會抵消尚不清楚。CSNS通用粉末衍射儀團隊及合作者在非共線反鐵磁多晶材料中發(fā)現(xiàn)了橫向電阻率對弱磁場的強烈響應(yīng)以及磁場誘導(dǎo)的拓撲軌道動量的存在；通過中子衍射實驗及其詳細的分析，揭示了磁結(jié)構(gòu)隨溫度和磁場的微小變化，證實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，基于自旋對稱性分析發(fā)展了現(xiàn)象學模型來描述電阻率張量對磁場和溫度的依賴性，揭示高對稱相由場誘導(dǎo)的拓撲軌道動量穩(wěn)定。電阻率張量的大小和方向取決于磁場相對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消失。
值得強調(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現(xiàn)高分辨率、寬d 值探測范圍和優(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卡爾斯魯厄理工學院學術(shù)主任Christoph Sürgers為共同通訊作者，高能所為第一通訊單位。該項工作得到了國家自然科學基金委、廣東省、松山湖、德國研究聯(lián)合會、捷克科學基金會等的資助和支持。
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量而獲得的磁場-溫度磁結(jié)構(gòu)相圖
圖2. Mn3Zn0.5Ge0.5N的中子衍射實驗結(jié)果
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