近日，中国科学院高能物理研究所中国散裂中子源（CSNS）通用粉末衍射仪团队及合作者在非共线反铁磁材料研究方面取得重要进展，相关研究以“Phase transitions associated with magnetic-field induced topological orbital momenta in a non-collinear antiferromagnet”为题在线发表在Nature子刊《Nature Communications》。
在新兴的反铁磁自旋电子学领域，人们探索了各种方法来调控材料的反铁磁结构，进而促进新一代自旋芯片的开发与应用。在多晶非共线反铁磁材料中，随着每个晶粒中的反铁磁磁结构的改变，电阻率张量的所有非对角元是否会抵消尚不清楚。CSNS通用粉末衍射仪团队及合作者在非共线反铁磁多晶材料中发现了横向电阻率对弱磁场的强烈响应以及磁场诱导的拓扑轨道动量的存在；通过中子衍射实验及其详细的分析，揭示了磁结构随温度和磁场的微小变化，证实了横向电阻率的出现是由于非共线自旋排列的不同磁相之间的转变；同时，基于自旋对称性分析发展了现象学模型来描述电阻率张量对磁场和温度的依赖性，揭示高对称相由场诱导的拓扑轨道动量稳定。电阻率张量的大小和方向取决于磁场相对于亚晶格磁化的方向，而不是晶轴，因此，电阻率的横向分量在粉末样品中不会消失。
值得强调的是该工作的磁矩变化非常小，在Mn3Zn0.5Ge0.5N材料中，非共线磁结构Γ5g的磁矩在（111）面内转动从4 K的零逐渐增加到2 K的6.5˚，净磁矩增加⁓1%。通用粉末衍射仪已实现高分辨率、宽d 值探测范围和优异的信噪比，在本工作中展示了优秀的表征能力。
通用粉末衍射仪邓司浩副研究员为该工作的第一作者和共同通讯作者，通用粉末衍射仪的何伦华研究员和德国卡尔斯鲁厄理工学院学术主任Christoph Sürgers为共同通讯作者，高能所为第一通讯单位。该项工作得到了国家自然科学基金委、广东省、松山湖、德国研究联合会、捷克科学基金会等的资助和支持。
文章链接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-45129-x
图1. 基于横向和纵向电阻率测量而获得的磁场-温度磁结构相图
图2. Mn3Zn0.5Ge0.5N的中子衍射实验结果
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