近日，中國科學院合肥物質科學研究院強磁場科學中心陸輕鈾課題組聯合安徽大學的科研人員，利用穩態強磁場實驗裝置超靈敏磁力顯微鏡測量系統，結合電子順磁共振譜學和微磁學模擬，實現對籠目晶格中本征磁結構的觀測。相關研究成果發表在Advanced Science上。
 

　　材料宏觀性質主要由其內部電子決定，而電子的性質與晶格密不可分。籠目晶格能帶結構天然具有狄拉克點、平帶和范霍夫奇點，激發了拓撲磁結構及非常規超導等豐富的物理現象和內涵。這些奇異性質均與籠目晶格和電子序的相互作用相關。
 

　　在超導領域中，籠目超導體中競爭電子序的研究有望揭示高溫超導機制。這是超導領域核心問題之一。同時，反鐵磁籠目晶格是量子自旋液體的重要候選材料，為量子計算和量子信息科學等領域的研究提供了新的可能性。雖然關于籠目晶格與電荷序的耦合已有較多研究，但其自旋序受晶格調控下的本征圖案仍未被揭示。
 

　　近期，陸輕鈾課題組通過超靈敏磁力顯微鏡測量系統，實現了對籠目材料中本征磁結構的直接觀測。該研究在二元籠目Fe3Sn2單晶中發現受晶格調制的新型磁陣列結構。受晶格六重對稱性和單軸磁各向異性的競爭影響，該材料磁重復單元呈現出獨特的破缺六邊形結構。結合霍爾輸運的測量結果，研究證實了該材料中拓撲破缺的自旋構型。
 

　　進一步，變溫實驗揭示Fe3Sn2單晶中溫度驅動的磁重構行為。研究發現，這一過程是二級相變或弱一級相變，而非此前認為的一級相變。這糾正了先前的誤解，確定了該材料在低溫下的磁基態為面內鐵磁態而非此前被報道的自旋玻璃態。基于此，該團隊繪制了Fe3Sn2單晶的全新磁相圖。
 

　　定量化的超靈敏磁力顯微鏡測量系統數據顯示，即使在低溫條件下，Fe3Sn2單晶中依然存在顯著的面外磁分量。結合Kane-Mele模型分析，該團隊解釋了低溫下狄拉克能隙打開的原因，排除了此前關于低溫斯格明子存在的假設。
 

　　研究工作得到國家重點研發計劃和國家自然科學基金等的支持。
 

合肥研究院實現籠目晶格本征磁結構的直接觀測