笼⽬磁体中新物态新功能探索进展

来源: 中科院物理所

发布日期: 2023-04-12 18:06:22

中国科学院物理研究所张颖研究团队在笼⽬磁体研究中取得重要进展,包括发现近室温拓扑双斯格明⼦晶格和实现宽温区零膨胀性能,为拓扑磁畴结构和Kagome磁体的新功能提供了新的物理和实验依据。

笼⽬磁体(Kagome Magnet)特有的⼏何阻挫、电⼦关联效应、拓扑量⼦态等新奇物性对量⼦科技的发展具有重要意义,引发了国际上诸多研究机构使⽤各种⼿段对具有Kagome结构的磁体重新进⾏精细表征,发现⼀些新颖量⼦态和效应,有望在实空间和动量空间实现拓扑量⼦前沿研究的突破。

中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中⼼磁学实验室张颖研究团队在沈保根院⼠总体布局下,建⽴了兼具温度、电流、磁场等多物理场协同调控的⾼分辨磁畴表征及电输运测量研究平台,在原位揭示与⾃旋有序相关的新奇物理现象及其微观机制⽅⾯具有独特的优势,近年在发展原位调控拓扑磁畴新⽅法、揭示新⽣成机制、发现新磁性物态等研究中取得了系列创新结果,为拓扑磁畴结构原理性器件的设计及应⽤提供了坚实的物理和实验依据。

近期张颖研究员和沈保根研究员共同指导博⼠⽣李卓霖,与美国阿拉莫斯国家实验室林⼠增研究员及中国⼈⺠⼤学雷和畅教授紧密合作,聚焦TbMn6Sn6量⼦磁体中磁阻挫Kagome格⼦局域对称性破缺和磁有序竞争,利⽤该平台⾸次发现近室温、拓扑双斯格明⼦晶格,微磁学模拟揭示了⾃旋重取向过程中磁阻挫Kagome格⼦中过渡⾦属与稀⼟原⼦之间特殊的Ruderman-Kittel-Kasuya-Yosida (RKKY)相互作⽤⽣成斯格明⼦的新机制。

通过测量拓扑霍尔电阻的变化建⽴了实空间拓扑磁畴与拓扑电⼦结构之间的关联,为更好地理解和发掘新奇量⼦效应提供了新思路,研究⼯作Discovery of Topological Magnetic Textures near Room Temperature in Quantum Magnet TbMn6Sn6在线发表在《先进材料》。

张颖研究员还指导博⼠后许家旺对具有Kagome格⼦的HfTaFe2合⾦新功能进⾏了探索,利⽤C原⼦掺杂实现了宽温区85–245 K内的零膨胀性能,突破了负膨胀和零膨胀效应只在较窄温区存在的应⽤限制,揭示了Kagome格⼦铁磁-反铁磁相变增强磁弹耦合实现性能优化的新途径。

不同于我们⽇常熟悉的“热胀冷缩”现象,“不胀不缩”在电⼦显微镜、卫星及半导体等⾼精尖⼯业中有重⼤的应⽤需求,通过磁性相变获得零膨胀性能拓展了Kagome磁体的新功能和应⽤前景。相关结果Significant Zero Thermal Expansion Via Enhanced Magnetoelastic Coupling in Kagome Magnets发表在《先进材料》。

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