非共線反鐵磁的相變研究取得新進展

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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。相關研究在線發表于《自然-通訊》。

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基于橫向和縱向電阻率測量而獲得的磁場-溫度磁結構相圖。受訪者供圖

論文第一作者兼共同通訊作者、中國科學院高能物理研究所副研究員鄧司浩表示，在新興的反鐵磁自旋電子學領域，人們探索了各種方法來調控材料的反鐵磁結構，進而促進新一代自旋芯片的開發與應用。在多晶非共線反鐵磁材料中，隨著每個晶粒中的反鐵磁結構的改變，電阻率張量的所有非對角元是否會抵消尚不清楚。

針對上述科學問題，研究人員在非共線反鐵磁多晶材料中發現了橫向電阻率對弱磁場的強烈響應以及磁場誘導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，揭示了磁結構隨溫度和磁場的微小變化，證實了橫向電阻率的出現是由于非共線自旋排列的不同磁相之間的轉變；同時，基于自旋對稱性分析發展了現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的拓撲軌道動量穩定。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。

值得一提的是，該工作的磁矩變化非常小，在Mn3Zn0.5Ge0.5N材料中，非共線磁結構Γ5g的磁矩在（111）面內轉動從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高分辨率、寬d 值探測范圍和優異的信噪比，在本工作中展示了優秀的表征能力。

據悉，上述工作的共同通訊作者還包括CSNS通用粉末衍射儀研究員何倫華和德國卡爾斯魯厄理工學院學術主任Christoph Sürgers。該工作得到國家自然科學基金委、廣東省、松山湖、德國研究聯合會、捷克科學基金會等的資助和支持。