近日，中國科學(xué)院合肥物質(zhì)院強磁場(chǎng)中心韓玉巖副研究員與安徽大學(xué)合作，依托穩態(tài)強磁場(chǎng)實(shí)驗裝置（SHMFF）的多功能物性測試系統，在EuMnSb2單晶的物性研究方面取得了新進(jìn)展。這一成果已于2024年04月11日在國際著(zhù)名學(xué)術(shù)出版社Elsevier發(fā)行的期刊Journal of Alloys and Compounds在線(xiàn)發(fā)表。
隨著(zhù)科技不斷發(fā)展，磁性拓撲材料因其獨特的物理特性在磁開(kāi)關(guān)、磁存儲器等器件中展現出巨大的應用潛力，合成新型磁性拓撲材料并研究其物理特性尤為重要。研究團隊聚焦于三元錳酸鹽（AMnPn2，A = Ca, Sr, Ba, Eu Yb, Pn = Sb, Bi）這一材料體系，特別是其中的EuMnSb2單晶。這一材料體系中的Sb(或Bi)原子含有準二維狄拉克費米子，而磁性原子的磁矩取向可以通過(guò)溫度和磁場(chǎng)進(jìn)行調控，從而改變材料的能帶結構。這使三元錳酸鹽可以作為研究磁性與拓撲相關(guān)性的理想材料。
研究團隊使用Sn作為助熔劑制備了EuMnSb2單晶，并系統性地研究了該材料的磁性、磁電阻、比熱等物性。研究發(fā)現，該單晶具有半導體特性，并且在特定溫度范圍內出現兩個(gè)磁性轉變，分別對應“順磁-反鐵磁”轉變及Eu磁矩的再取向。此外，施加磁場(chǎng)能夠抑制上述轉變。
在電輸運測量中，研究團隊觀(guān)察到溫度與磁場(chǎng)能夠調變該材料的電阻特征。特別是在強磁場(chǎng)下，該材料表現出了各向異性磁電阻及巨大的負磁阻，這為其在電子器件中的應用提供了潛在的可能性。
基于這些實(shí)驗結果，研究團隊繪制了該材料的電子相圖，將材料的物性劃分為反鐵磁半導體、順磁半導體和順磁金屬，這些屬性表明該單晶的磁序與能帶結構以及物性之間存在關(guān)聯(lián)性。溫度及磁場(chǎng)調變了磁矩的取向，改變了該EuMnSb2單晶的磁熵及能帶結構，從而引起了磁性、比熱及電輸運等物性的變化。
上述研究結果不僅能夠深化人們對磁性拓撲材料中磁矩與物性之間關(guān)系的理解，也為新型磁性拓撲材料及電子器件的研發(fā)提供了實(shí)驗基礎。
安徽大學(xué)與強磁場(chǎng)中心聯(lián)培的研究生殷滬鑫為論文第一作者，安徽大學(xué)劉先松教授、闞緒材副教授和強磁場(chǎng)中心韓玉巖副研究員為共同通訊作者。該工作得到了國家自然科學(xué)基金項目、強磁場(chǎng)中心理化公共技術(shù)中心、安徽大學(xué)、合肥大科學(xué)中心以及低功耗量子材料與器件安徽省重點(diǎn)實(shí)驗室的支持。
文章鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S092583882401065X
圖1. 根據EuMnSb2單晶的磁化率，比熱以及電阻率的測量結果繪制出的電子相圖
