笼目六角反铁磁Mn3Ga单晶室温大反?；舳в?/span>
日期：
2024-04-22
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笼目（kagome）结构磁性材料具有独特的准二维晶体结构、可调控的拓扑能带结构和磁结构，从而表现出大的反常输运行为、磁斯格明子、手性反常等诸多新奇的物理特性。其中，笼目六角反铁磁Mn3X（Ga、Ge、Sn）合金具有拓扑能带结构，可以表现出大的磁电响应效应。同时，兼具反铁磁无杂散场、本征频率高等特性，是新型反铁磁自旋电子学器件理想的候选材料。近年来，Mn3Sn和Mn3Ge在实验上已经相继被证实其具有大的反?；舳в?em class="wx_search_keyword" style="margin: 0px; padding: 0px; outline: 0px; max-width: 100%; display: inline-block; vertical-align: super; font-size: 10px; width: 1.2em; height: 1.2em; -webkit-mask-position: 50% 50%; -webkit-mask-repeat: no-repeat; -webkit-mask-size: 100%; -webkit-mask-image: url(" 3csvg="" width="12" height="12" viewbox="0 0 12 12" fill="%23576B95" xmlns="http://www.w3.org/2000/svg" 3cpath="" fill-rule="evenodd" clip-rule="evenodd" d="M7.60772 8.29444C7.02144 8.73734 6.29139 9 5.5 9C3.567 9 2 7.433 2 5.5C2 3.567 3.567 2 5.5 2C7.433 2 9 3.567 9 5.5C9 6.28241 8.74327 7.00486 8.30946 7.5877C8.3183 7.59444 8.3268 7.60186 8.33488 7.60994L10.4331 9.70816L9.726 10.4153L7.62777 8.31704C7.62055 8.30983 7.61387 8.30228 7.60772 8.29444ZM8 5.5C8 6.88071 6.88071 8 5.5 8C4.11929 8 3 6.88071 3 5.5C3 4.11929 4.11929 3 5.5 3C6.88071 3 8 4.11929 8 5.5Z" box-sizing:="" border-box="" overflow-wrap:="" break-word="">，反常能斯特效应等，而笼目六角Mn3Ga单晶始终未被报道。中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心怀柔研究部HM03课题组长期从事新型磁性功能材料的开发及物性研究，近年来对六角结构磁性材料体系有着深入的研究。例如，开发了具有自主知识产权的宽温区跨室温斯格明子新材料体系【Adv. Mater. 28, 6887(2016)；Adv. Mater. 29, 1701144 (2017)；Nano Lett. 18, 1274 (2018)；Nano Lett. 20, 868 (2020)】，并在物性调控和器件物理研究方面取得了一系列进展【Nature 561, 91 (2018)；Adv. Mater. 32, 1904815 (2019)； ASC Nano 13, 922 (2019)；Nat. Commun. 13, 5991 (2022)】。最近，课题组博士后宋林轩、博士生周凤和刘永昌特聘研究员等，在笼目六角反铁磁Mn3Ga单晶的制备及物性研究方面取得了重要进展。Mn3Ga为六角晶体结构，空间群为P63/mmc，由 Mn原子构成的笼目晶格以及晶格中心位置的Ga原子沿z轴堆砌而成，笼目晶格内三个近邻Mn原子的磁矩互呈120°形成非共线反铁磁结构。相较于Mn3Sn和Mn3Ge，Ga原子的价电子较少，正分Mn3Ga的费米能级距外尔点相对较远，理论预测其反?；舳绲悸式闲。≒hys. Rev. B 95, 075128 (2017).）。而经过课题组长期对Mn3Ga合金结构的研究，发现Mn3Ga多晶在富Ga的情况下可以稳定存在，并表现出交换偏置效应、拓扑霍尔效应等物理现象【J. Appl. Phys. 131, 173903 (2022)；J. Magn. Magn. Mater. 536, 168109 (2021)；Appl. Phys. Lett. 119, 152405 (2021).】。进一步，通过理论预测发现，Mn2.43Ga中Ga原子过量可以使费米能级上移，增大贝利曲率进而诱发大的反常霍尔效应?；谏鲜龇⑾?，通过助溶剂法，他们首次制备出了偏分的Mn3Ga单晶Mn2.4Ga（图1）,并发现了Mn2.4Ga具有明显的各向异性大反常霍尔效应（见图2）。当磁场施加于笼目晶格面内时反?；舳绲甲畲?，室温反?；舳绲悸首畲罂纱?50 Ω-1cm-1，优于Mn3Sn和Mn3Ge（~20 Ω-1cm-1、50 Ω-1cm-1）。低温下最大可达527 Ω-1 cm-1，与理论预测结果（约530 Ω-1cm-1）相近。通过磁性测量发现，Mn2.4Ga的奈尔温度在435K，M-H曲线随磁场呈线性变化，表现出典型的反铁磁特性。该材料仅在笼目晶格面内具有微弱的磁性（0.002-0.05 μB/f.u.@10-300 K），说明反?；舳вΣ⒉灰览涤诓牧洗判裕?）。角度依赖的反?；舳вΣ饬拷峁砻?，当磁场由笼目晶格面内向面外转动时，反常霍尔电导率仅发生符号变化而数值基本不变（见图4）。进一步说明，反?；舳вΣ灰览涤诓牧洗判远醋杂诜枪蚕叻刺沤峁挂鸬姆橇惚蠢省Ｍü肫渌湫痛判圆牧虾屯仄舜判圆牧隙员?，可以发现Mn2.4Ga的反?；舳绲悸视胱菹虻绲悸室约按呕慷?反?；舳绲嫉墓叵稻τ谕仄舜判圆牧锨颍?）。该工作首次制备出了偏分的Mn3Ga单晶，填补了笼目六角反铁磁材料Mn3X（Ga、Ge、Sn）中对Mn3Ga单晶的研究空白，发现了Mn3Ga中费米能级调控反常霍尔效应的机制，为反铁磁自旋电子学器件提供了新的候选材料和设计思路。相关研究内容以题名为“Large Anomalous Hall Effect at Room Temperature in a Fermi-Level-Tuned Kagome Antiferromagnet” 于2024年2月27日在线发表于《Advanced Functional Materials》杂志上，并已申请中国专利（公开号：CN 116892062 A）该项研究工作得到了国家重点研发计划，国家自然科学基金和北京市自然科学基金的支持。https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202316588
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