核心概念
Eu(Al,Ga)₄系列化合物作為一種新興的拓撲磁體,展現出豐富的物理特性,包括非平庸的磁性和電子結構、拓撲霍爾效應以及可能存在的磁性斯格明子等拓撲自旋紋理,為探索拓撲物理及其應用提供了理想平台。
本文回顧了Eu(Al,Ga)₄拓撲反鐵磁體的最新實驗進展,重點關注其晶體結構、電荷密度波、磁性和輸運特性、拓撲霍爾效應以及可能的拓撲自旋紋理。
1. 晶體結構與電荷密度波
Eu(Al,Ga)₄化合物屬於BaAl₄型晶體結構,具有四方對稱性。
SrAl₄和EuAl₄在低溫下會發生電荷密度波(CDW)轉變,轉變溫度分別為TCDW ~ 243 K和140 K。
EuGa₄在常壓下不表現出CDW轉變,但在施加壓力下會出現CDW相。
CDW的形成機制尚不清楚,但可能與費米面嵌套和強電子-聲子耦合有關。
2. 磁性和輸運特性
EuAl₄和EuGa₄都是反鐵磁體,奈爾溫度分別為TN ~ 15.6 K和16.5 K。
EuAl₄在反鐵磁態下會經歷一系列亞鐵磁轉變,而EuGa₄的磁化強度則表現出平滑的飽和行為。
兩種化合物都表現出較大的磁阻,特別是EuGa₄在2 K和9 T的磁場下磁阻高達~7 × 10⁴%。
拓撲霍爾效應在EuAl₄和EuGa₄中都有觀察到,這表明可能存在拓撲自旋紋理,例如磁性斯格明子。
3. 拓撲特性
中子散射和同步輻射共振X射線散射實驗證實了EuAl₄中存在磁性斯格明子。
μSR實驗表明,Eu(Al,Ga)₄在反鐵磁態和順磁態都存在強烈的自旋漲落。
核磁共振(NMR)研究揭示了Eu(Al,Ga)₄中的磁性和電荷有序。
磁光光譜研究表明,CDW對Eu(Al,Ga)₄的光學性質有顯著影響。
角分辨光電子能譜(ARPES)和量子振盪(QO)實驗為研究Eu(Al,Ga)₄的電子能帶拓撲提供了重要信息。
4. 總結與展望
Eu(Al,Ga)₄系列化合物作為一種新興的拓撲磁體,為研究拓撲物理及其應用提供了理想平台。未來的研究方向包括:
進一步研究CDW的形成機制以及其與磁性的相互作用。
探索Eu(Al,Ga)₄中其他可能的拓撲自旋紋理,例如磁性單極子和磁性外爾費米子。
研究Eu(Al,Ga)₄的拓撲特性在自旋電子學和量子計算等领域的潜在应用。
統計資料
EuAl₄的奈爾溫度為TN ∼15.6 K。
EuGa₄的奈爾溫度為TN ∼16.5 K。
EuAl₄在2 K和9 T的磁場下磁阻達到∼800%。
EuGa₄在2 K和9 T的磁場下磁阻達到∼7 × 10⁴%。
SrAl₄的電荷密度波轉變溫度為TCDW ∼243 K。
EuAl₄的電荷密度波轉變溫度為TCDW ∼140 K。