作者:Thamarasee Jeewandara，Phys
（同organic）有机 Mn3Sn的晶体结构和自旋结构
(A)Mn3Sn的晶体结构，由堆叠的戈薇Mn3Sn层组成，(B)戈薇层中的三角自旋结构(ab面)
学分:科学进步，doi: 10
1126/sciadv
abc1977 新兴的量子材料可以用拓扑学和强电子关联来定义，尽管它们在实验系统中的应用相对有限
结合磁性的Weyl半金属为探索拓扑物质和拓扑自旋电子学发展中的新兴现象提供了一个独特而丰富的平台
三角形反铁磁Mn3Sn作为反铁磁(AFM) Weyl半金属(WSM)表现出许多奇异的物理性质，包括吸引人的大自发霍尔效应
自发霍尔效应在一个多世纪前被发现，并被理解为反铁磁、铁磁或自旋(磁化中的小涡旋拓扑缺陷)形式的内部自旋结构造成的时间反转对称性破坏
在《科学进展》杂志上发表的一份新报告中，难近母·卡德卡和一组美国物理、材料科学、中子研究和工程科学家
S
报道了组成类似于大块样品的外延Mn3+xsn 1 x薄膜的合成
当他们用样品中的磁性锰原子代替锡原子时，他们注意到了近藤效应；一个著名的强相关性的例子出现了，然后发展相干性，并导致杂交能隙
磁性掺杂和开隙过程促进了新材料丰富的特殊性质
威尔半金属和近藤效应 材料科学家将材料的能带结构拓扑和设计作为一个越来越重要的特性来研究，这种特性导致了新型量子材料中的许多奇异行为
能带理论或能带结构定义了固体中电子的量子力学行为
能带结构拓扑对于理解无间隙拓扑半金属的发展至关重要，例如Weyl半金属和Dirac半金属，它们是石墨烯的三维(3-D)类似物
Weyl半金属是具有低能激发的固态晶体，称为Weyl费米子，在室温下携带电荷
WSMs的导带和价带在动量空间的特定点交叉，称为Weyl节点，它们的间距反过来决定了内在异常霍尔效应的大小——这种效应在时间反转对称或熵守恒中断的固体中观察到。
Weyl节点表现为具有相反手性的非简并对
到目前为止，对WSMs的研究主要集中在弱相互作用系统上，越来越需要考虑强电子关联的影响
近藤效应是一个经典的强相关行为的例子，起源于传导电子的自旋和局部磁矩之间的耦合
这项工作表明，由于魏尔和近藤物理学之间的相互作用，WSMs是研究新量子相的一个肥沃的平台
Mn3Sn的自旋结构和磁相图
顶部:锰自旋结构(沿c轴的两个Mn3Sn层)
下图:Mn3Sn的磁性相图
学分:科学进步，doi: 10
1126/sciadv
abc1977 开发外延Mn3+xsn 1 x薄膜 研究小组选择了反铁磁性的Weyl半磁性金属(WSM) Mn3Sn作为研究这一概念的有前途的材料
在Mn3Sn六边形结构中，锰原子形成一个二维戈薇晶格(由交错的三角形组成的编织图案)，锡原子位于六边形中心
科学家使用角度分辨光电发射光谱测量来观察结构特征
突出的拓扑和自旋电子性质以及强关联使Mn3Sn成为研究拓扑、磁性、强关联和新兴反铁磁自旋电子之间多方面物理的理想平台
Khadka等人
开发了高质量的外延膜，并在含有过量锰的膜中观察到近藤效应，锰在取代锡后在系统中充当掺杂剂
当他们增加锰掺杂时，该系统发展了近藤相干性并打开了杂交缺口
Mn3Sn表现出强烈的各向异性霍尔效应
该团队使用锰和锡靶的共溅射来实现外延生长并产生Mn3+xsn 1 x薄膜
使用x光衍射(XRD)图案，他们注意到材料中没有杂质峰，使用原子力显微镜，他们注意到表面粗糙度约为0
4纳米
早期的研究表明，过量的锰原子取代锡原子后，六方Mn3Sn薄膜具有稳定性
因此，掺锰有效地调整了Mn3+xsn 1 x薄膜的能带结构拓扑和霍尔效应，使科学家们能够在理想的平台上探索新的和不寻常的关联，以理解Weyl和关联物理之间的相互作用
Mn3+xsn 1 x薄膜中近藤效应和间隙开度的演化
各种x (A)下作为温度函数的归一化电阻γ，对于(B) x = 0
27，(C) x = 0
39，(D) x = 0
44，且(E) x = 0
分别为55
插入(E):作为1/T的函数的ln(GGT = 5K)，线性拟合(红线)给出的间隙值为10
2 meV
(六)传输x = 0
47(红色), x = 0
13(紫色)样本作为频率的函数
学分:科学进步，doi: 10
1126/sciadv
abc1977 共振增强法拉第旋转和DC霍尔电阻 该团队进一步展示了使用太赫兹法拉第旋转测量打开薄膜间隙的更强证据
当他们用磁性锰原子掺杂维勒半金属(WSM)时，他们注意到从近藤效应到近藤绝缘体的可能转变；一类新的拓扑物质，其影响与晶体生长方向无关
由于韦勒结产生的大自发异常霍尔电阻(AHR)先前在块状Mn3Sn中形成了显著的输运特征
类似地，霍尔测量也确定了薄膜的韦勒性质
总霍尔电阻率计算考虑了磁化强度、普通霍尔系数和薄膜中产生的异常霍尔电阻的磁导率
Mn3+xsn 1 x薄膜的反常霍尔效应和相图
(一)对于(112±0)薄膜的不同组成，反常霍尔电阻率ρ∫AHR是温度的函数
(二)在(112±0)片的T-x平面上ρ∫AHR的彩色等值线图
右y轴:作为x的函数的ρ∫AHR(T = 300K)
(乙)插图:具有相反手性的韦氏锥和带间隙锥的示意图
(0001)薄膜的反常霍尔电阻率ρ∫AHR作为x = 0时温度的函数
21(实心圆), x = 0
51(开放方块)
学分:科学进步，doi: 10
1126/sciadv
abc1977 异常磁阻 Khadka等人
然后记录负磁电阻(核磁共振)作为另一个重要的传输特征在Weyl半金属由于手性异常的材料
例如，当他们沿着电流的方向施加磁场时，手性电荷电流从一个Weyl节点驱动到具有相反手性的对应节点
在实验过程中，结合的手征电流提高了电导率，产生了负磁阻效应——这一特性证明了掺杂磁性锰原子的后果
通过这种方法，难近母·卡德卡和他的同事开发出了反铁磁性的Weyl半金属Mn3+xsn 1 x薄膜，具有优异的样品质量
令人兴奋的一类材料为研究强电子关联、拓扑和磁性之间的相互作用提供了一个平台
研究小组用磁性锰代替锡，实现了近藤效应，从而打开了一个杂交缺口，同时霍尔电阻也降低了
这项工作为进一步研究相关材料奠定了基础，包括通过在原子中掺杂不同的元素(包括铁、钴、铜或钆)来进行电子定位
该团队可以通过掺杂铅等重元素来进一步调整薄膜的自旋轨道耦合
(0001)Mn3+xs n1 x薄膜的磁阻
电阻变化[R(H)-R(H = 0)]作为(A) x = 0的场的函数
16和(B) x = 0
温度= 2 K(蓝色)和温度= 300 K(红色)时为51
学分:科学进步，doi: 10
1126/sciadv
abc1977 由于传统的共线反铁磁材料的磁化强度极小，不会表现出反常的霍尔电阻效应，因此它们不是反铁磁自旋电子学的良好候选材料
相比之下，在这项工作中引入的Mn3Sn族化合物丰富的共线自旋结构和显著的霍尔电阻使其成为此类应用的有前途的候选材料
这些薄膜将提供新的范例，推动拓扑反铁磁自旋电子学的新兴领域发展新的自旋器件
来源：由phyica.com整理转载自PH，转载请保留出处和链接！
