Вращаться

Научные отчеты, том 12, Номер статьи: 14525 (2022) Цитировать эту статью

2801 Доступов

3 цитаты

Подробности о метриках

Металлы Кагоме — захватывающая площадка для исследования новых явлений на стыке топологии, электронных корреляций и магнетизма. Семейство кагоме-магнитов на основе FeSn, в частности, привлекло большое внимание из-за простоты слоистой кристаллической структуры и перестраиваемой топологической электронной зонной структуры. Несмотря на значительный прогресс в понимании их объемных свойств, поверхностные электронные и магнитные структуры во многих из этих систем еще полностью не изучены. В этой работе мы сосредоточимся на прототипе кагоме-металла FeSn. Используя комбинацию спин-усредненной и спин-поляризованной сканирующей туннельной микроскопии, мы впервые представили в атомном масштабе визуализацию слоистой антиферромагнитной структуры на поверхности FeSn. В отличие от перестраиваемой полем электронной структуры родственного материала Fe3Sn2, который является ферромагнетиком, мы обнаружили, что электронная плотность состояний FeSn устойчива к приложению внешнего магнитного поля. Интересно, что, несмотря на нечувствительную к полю электронную зонную структуру, FeSn обнаруживает связанные состояния, связанные со специфическими примесями с большими эффективными моментами, которые сильно связаны с магнитным полем. Наши эксперименты дают микроскопическую информацию, необходимую для теоретического моделирования FeSn, и служат трамплином для спин-поляризованных измерений топологических магнитов в целом.

Квантовые материалы, состоящие из атомов, расположенных в решетке треугольников с общими углами (решетка кагоме), представляют собой универсальную платформу для исследования электронных явлений на пересечении зонной топологии и электронных корреляций1,2,3,4,5,6,7,8, 9. Хотя первоначальный интерес к этим системам был вызван возможностью реализации фаз спиновой жидкости1,10, недавние эксперименты выявили ряд других новых электронных фаз, которые могут возникать на решетке кагоме в присутствии спин-орбитального взаимодействия, нетривиальной кривизны Берри. и/или магнетизм. К ним, например, относятся топологические плоские зоны11,12, фаза магнита Черна13, полуметаллическая фаза Вейля и дуги Ферми14,15, а также различные волны плотности16,17,18,19,20,21.

В поисках экзотических электронных явлений особый интерес вызвало семейство магнитов FexSny kagome22,23,24,25,26,27,28,29,30,31. Материалы этого семейства характеризуются прототипной электронной зонной структурой, связанной с решеткой кагоме, состоящей из конусов Дирака на границе зоны Бриллюэна и бездисперсионной плоской зоны24,25,27,28,30. Эти системы имеют слоистую кристаллическую структуру, состоящую из различных последовательностей слоев кагоме Fe3Sn и сотовых слоев Sn, уложенных вдоль оси c. Этот порядок упаковки напрямую влияет на тип возникающего магнитного упорядочения в объеме22,32,33. Например, Fe3Sn2, состоящий из строительных блоков Fe3Sn–Fe3Sn–Sn, является ферромагнитным24,25,30,31. С другой стороны, FeSn, состоящий из чередующихся слоев Fe3Sn и слоев Sn, представляет собой слоистый антиферромагнетик: спины Fe внутри каждого слоя выстраиваются ферромагнитно, но соединяются антиферромагнитно между соседними слоями34 (рис. 1a, h). Несмотря на хорошо известные магнитные структуры в объеме, магнитное упорядочение на поверхности кагоме-металлов на основе Fe и его возможность настройки внешними возмущениями еще полностью не исследованы. Экспериментальное установление этого было бы важно по нескольким причинам. Во-первых, учитывая нарушение симметрии кристалла на поверхности, магнитная структура может быть иной, чем в объеме. Действительно, предполагалось, что дихотомия между поверхностным и объемным магнетизмом возникает и в других магнитных топологических системах35. Во-вторых, намагниченность поверхности может привести к переходу от безмассовых фермионов Дирака к массивным25, последний из которых в принципе несет нетривиальное число Черна. Таким образом, для полного понимания этих материалов крайне желательно прямое измерение магнитных свойств на поверхности. Однако на сегодняшний день такие измерения сложно осуществить во многих магнитах кагоме. В этой работе мы используем спин-поляризованную сканирующую туннельную микроскопию и спектроскопию для визуализации слоистой антиферромагнитной структуры на поверхности прототипного кагоме-металла FeSn.