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Scientific Reports 12권, 기사 번호: 14525(2022) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

Kagome 금속은 토폴로지, 전자 상관관계 및 자기의 교차점에서 새로운 현상을 탐구할 수 있는 흥미로운 놀이터입니다. 특히 FeSn 기반 카고메 자석 제품군은 층상 결정 구조의 단순성과 조정 가능한 토폴로지 전자 밴드 구조로 인해 많은 주목을 받았습니다. 벌크 특성을 이해하는 데 상당한 진전이 있었음에도 불구하고 표면 전자 및 자기 구조는 아직 이러한 시스템에서 완전히 탐색되지 않았습니다. 이 연구에서 우리는 원형 카고메 금속 FeSn에 중점을 둡니다. 스핀 평균 및 스핀 분극 주사 터널링 현미경의 조합을 사용하여 FeSn 표면의 층상 반강자성 구조에 대한 최초의 원자 규모 시각화를 제공합니다. 강자성체인 사촌 물질인 Fe3Sn2의 현장 조정 가능한 전자 구조와 대조적으로, 우리는 FeSn의 전자 상태 밀도가 외부 자기장의 적용에 견고하다는 것을 발견했습니다. 흥미롭게도, 자기장에 민감하지 않은 전자 밴드 구조에도 불구하고 FeSn은 자기장에 강하게 결합하는 큰 유효 모멘트를 갖는 특정 불순물과 연결된 결합 상태를 나타냅니다. 우리의 실험은 FeSn의 이론적 모델링에 필요한 미세한 통찰력을 제공하고 일반적으로 토폴로지 자석의 스핀 분극 측정을 위한 스프링 보드 역할을 합니다.

모서리를 공유하는 삼각형 격자(카고메 격자)에 배열된 원자로 구성된 양자 재료는 밴드 토폴로지와 전자 상관 관계1,2,3,4,5,6,7,8의 교차점에서 전자 현상을 탐색할 수 있는 다목적 플랫폼입니다. 9. 이러한 시스템에 대한 초기 흥분은 스핀 액체 단계1,10 실현 가능성에서 비롯되었지만, 최근 실험에서는 스핀-궤도 결합, 사소한 베리 곡률이 있는 경우 카고메 격자에서 나타날 수 있는 다양한 다른 새로운 전자 단계가 밝혀졌습니다. 및/또는 자기. 예를 들어 여기에는 토폴로지 플랫 밴드 Chern 자석 위상 Weyl 반 금속 위상 및 Fermi 아크 및 다양한 밀도 파가 포함됩니다.

이국적인 전자 현상을 추구하면서 FexSny 카고메 자석 제품군이 특히 관심을 끌었습니다22,23,24,25,26,27,28,29,30,31. 이 제품군의 재료는 Brillouin 영역 경계의 Dirac 콘과 분산 없는 플랫 밴드로 구성된 kagome 격자와 관련된 원형 전자 밴드 구조가 특징입니다. 이러한 시스템은 c축을 따라 적층된 Fe3Sn 카고메 층과 벌집형 Sn 층의 서로 다른 순서로 구성된 층상 결정 구조를 나타냅니다. 이 스태킹 순서는 벌크22,32,33의 긴급 자기 순서 유형에 직접적인 영향을 미칩니다. 예를 들어, Fe3Sn-Fe3Sn-Sn 빌딩 블록으로 구성된 Fe3Sn2는 강자성체입니다24,25,30,31. 반면, 교대로 Fe3Sn 층과 Sn 층으로 구성된 FeSn은 층상 반강자성체입니다. 각 층 내의 Fe 스핀은 강자성적으로 정렬되지만 인접한 층 사이에서는 반강자성적으로 결합됩니다34(그림 1a, h). 벌크의 잘 알려진 자기 구조에도 불구하고 Fe 기반 카고메 금속 표면의 자기 순서와 외부 섭동에 따른 조정 가능성은 아직 완전히 조사되지 않았습니다. 이를 실험적으로 확립하는 것은 여러 가지 이유로 필수적입니다. 첫째, 표면의 깨진 결정 대칭성을 고려하면 자기 구조가 벌크의 구조와 다를 수 있습니다. 표면 자기와 벌크 자기 사이의 이분법은 실제로 다른 자기 토폴로지 시스템에서 발생한다고 가정되었습니다. 둘째, 표면 자화는 질량이 없는 Dirac 페르미온에서 질량이 큰 Dirac 페르미온으로 전환될 수 있으며, 후자는 원칙적으로 사소하지 않은 Chern 수를 전달합니다. 따라서 표면의 자기 특성을 직접 측정하는 것은 이러한 재료를 완전히 이해하는 데 매우 바람직합니다. 그러나 이러한 측정은 현재까지 많은 카고메 자석에서 달성하기가 어려웠습니다. 이 연구에서는 스핀 분극 주사 터널링 현미경과 분광학을 사용하여 원형 카고메 금속 FeSn 표면의 층상 반강자성 구조를 시각화합니다.