近日，中國科學(xué)院合肥物質(zhì)院強(qiáng)磁場中心韓玉巖副研究員與安徽大學(xué)合作，依托穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場實(shí)驗(yàn)裝置（SHMFF）的多功能物性測試系統(tǒng)，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日在國際著名學(xué)術(shù)出版社Elsevier發(fā)行的期刊Journal of Alloys and Compounds在線發(fā)表。

隨著科技不斷發(fā)展，磁性拓?fù)洳牧弦蚱洫?dú)特的物理特性在磁開關(guān)、磁存儲(chǔ)器等器件中展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力，合成新型磁性拓?fù)洳牧喜⒀芯科湮锢硖匦杂葹橹匾Ｑ芯繄F(tuán)隊(duì)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(zhǔn)二維狄拉克費(fèi)米子，而磁性原子的磁矩取向可以通過溫度和磁場進(jìn)行調(diào)控，從而改變材料的能帶結(jié)構(gòu)。這使三元錳酸鹽可以作為研究磁性與拓?fù)湎嚓P(guān)性的理想材料。

研究團(tuán)隊(duì)使用Sn作為助熔劑制備了EuMnSb₂單晶，并系統(tǒng)性地研究了該材料的磁性、磁電阻、比熱等物性。研究發(fā)現(xiàn)，該單晶具有半導(dǎo)體特性，并且在特定溫度范圍內(nèi)出現(xiàn)兩個(gè)磁性轉(zhuǎn)變，分別對應(yīng)“順磁-反鐵磁”轉(zhuǎn)變及Eu磁矩的再取向。此外，施加磁場能夠抑制上述轉(zhuǎn)變。

在電輸運(yùn)測量中，研究團(tuán)隊(duì)觀察到溫度與磁場能夠調(diào)變該材料的電阻特征。特別是在強(qiáng)磁場下，該材料表現(xiàn)出了各向異性磁電阻及巨大的負(fù)磁阻，這為其在電子器件中的應(yīng)用提供了潛在的可能性。

基于這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果，研究團(tuán)隊(duì)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(dǎo)體、順磁半導(dǎo)體和順磁金屬，這些屬性表明該單晶的磁序與能帶結(jié)構(gòu)以及物性之間存在關(guān)聯(lián)性。溫度及磁場調(diào)變了磁矩的取向，改變了該EuMnSb₂單晶的磁熵及能帶結(jié)構(gòu)，從而引起了磁性、比熱及電輸運(yùn)等物性的變化。

上述研究結(jié)果不僅能夠深化人們對磁性拓?fù)洳牧现写啪嘏c物性之間關(guān)系的理解，也為新型磁性拓?fù)洳牧霞半娮悠骷难邪l(fā)提供了實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。

安徽大學(xué)與強(qiáng)磁場中心聯(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(qiáng)磁場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(xiàng)目、強(qiáng)磁場中心理化公共技術(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(yàn)室的支持。

文章鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S092583882401065X

圖1. 根據(jù)EuMnSb₂單晶的磁化率，比熱以及電阻率的測量結(jié)果繪制出的電子相圖