苏黎世联邦理工学院 反铁磁(上)和倾斜反铁磁顺序(下)
在后一种情况下，自旋相对于易c轴倾斜，导致在垂直于该轴的平面中产生铁磁贡献(由绿色箭头表示)
信用:苏黎世联邦理工学院/PHYS大学 结合拓扑电子性质和量子磁性的材料对它们所展示的量子多体物理和在电子元件中的可能应用具有很高的兴趣
ETH物理学家现在已经为这样一种材料建立了联系磁性和电子带拓扑的微观机制
狄拉克物质是一类有趣的材料，具有有趣的性质:这些材料中的电子表现得好像没有质量
最突出的狄拉克材料是石墨烯，但其他材料是在过去15年中发现的
每一个都是探索奇异电子行为的丰富游乐场，其中一些可以为电子设备提供新的组件
然而，电子带的拓扑以明确的方式与材料的磁性相连的例子很少
已经观察到拓扑电子态和磁性之间的这种相互作用的一种材料是硫化镉，但是连接两者的机制仍然不清楚
《物理评论快报》的写作
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教授的光谱学组的学生
苏黎世联邦理工学院固体物理实验室的莱昂纳多·德吉尔吉(Leonardo Degiorgi)与布鲁克海文国家实验室(美国)和北京中国科学院的同事合作，现在报告了一项综合研究，该研究提供了明确的证据，表明对磁矩的轻微推动，即自旋倾斜，会引起电子能带结构的实质性变化
硫化镉和与之相关的化合物硫化锰铋显示出量子磁性——锰离子在室温和低于室温的温度下是反铁磁有序的——同时，它们承载狄拉克电子
人们怀疑这两种性质之间存在相互作用，因为在大约50 K时，这些材料的导电性质出现了意想不到的“突变”
但直到现在，人们对这种异常现象的确切性质还知之甚少
在早期研究光学性质的工作中，科拉萨尼蒂、杨和同事已经建立了与材料电子性质的联系
他们利用了这样一个事实，即通过用钠取代一些钙原子，可以改变输运性质中的突起状异常
为了确定观察到的行为的微观起源，他们通过扭矩磁测法研究了具有不同钠掺杂的样品
在这种技术中，当磁性样品暴露在适当的强磁场中时，测量样品上的扭矩，类似于罗盘指针对准地球磁场
这种方法让团队找到了异常的来源
磁性和电子特性之间的紧密联系 在他们的磁转矩实验中，研究人员发现，在电子输运测量中没有观察到异常的温度下，磁性行为类似于反铁磁物质
然而，在异常出现的温度下，出现了铁磁成分，这可以通过磁矩投影到与原始反铁磁序的易自旋c轴正交的平面上来解释(见图)
这种现象被称为自旋倾斜，是由所谓的超交换机制引起的
这两组实验——光学和扭矩测量——由专门的第一性原理计算支持
特别是，在计算中包括自旋倾斜的情况下，发现锰和铋原子之间的特殊杂化调节层间磁耦合并控制材料中的电子性质
综上所述，该研究在磁性能和电子能带结构的变化之间建立了直接的联系，这反映在输运性质的凹凸异常上
这些发现打开了探索二硫化钼和相关化合物的电子性质的大门，以及在这些有趣的物质形式中磁性和拓扑状态之间的联系所带来的可能性
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