笼目Kagome磁体中新物态新功能探索

　　笼目磁体（Kagome Magnet）特有的几何阻挫、电子关联效应、拓扑量子态等新奇物性对量子科技的发展具有重要意义，引发了国际上诸多研究机构使用各种手段对具有Kagome结构的磁体重新进行精细表征，发现一些新颖量子态和效应，有望在实空间和动量空间实现拓扑量子前沿研究的突破。

　　中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心磁学实验室张颖研究团队在沈保根院士总体布局下，建立了兼具温度、电流、磁场等多物理场协同调控的高分辨磁畴表征及电输运测量研究平台，在原位揭示与自旋有序相关的新奇物理现象及其微观机制方面具有独特的优势，近年在发展原位调控拓扑磁畴新方法（Adv. Mater. 32 (2020) 1907452）、揭示新生成机制（Adv. Mater. 33（2021）2103751）、发现新磁性物态（Adv. Mater. 32 (2020) 2005228，Nat. Commun. 12 (2021) 5604）等研究中取得了系列创新结果，为拓扑磁畴结构原理性器件的设计及应用提供了坚实的物理和实验依据。

　　近期张颖研究员和沈保根研究员共同指导博士生李卓霖，与美国阿拉莫斯国家实验室林士增研究员及中国人民大学雷和畅教授紧密合作，聚焦TbMn6Sn6量子磁体中磁阻挫Kagome格子局域对称性破缺和磁有序竞争，利用该平台首次发现近室温、拓扑双斯格明子晶格（图1），微磁学模拟揭示了自旋重取向过程中磁阻挫Kagome格子中过渡金属与稀土原子之间特殊的Ruderman-Kittel-Kasuya-Yosida (RKKY)相互作用生成斯格明子的新机制。通过测量拓扑霍尔电阻的变化建立了实空间拓扑磁畴与拓扑电子结构之间的关联，为更好地理解和发掘新奇量子效应提供了新思路，研究工作Discovery of Topological Magnetic Textures near Room Temperature in Quantum Magnet TbMn6Sn6在线发表在《先进材料》 。

　　张颖研究员还指导博士后许家旺对具有Kagome格子的HfTaFe2合金新功能进行了探索，利用C原子掺杂实现了宽温区85–245 K内的零膨胀性能，突破了负膨胀和零膨胀效应只在较窄温区存在的应用限制，揭示了Kagome格子铁磁-反铁磁相变增强磁弹耦合实现性能优化的新途径（图2）。不同于我们日常熟悉的“热胀冷缩”现象，“不胀不缩”在电子显微镜、卫星及半导体等高精尖工业中有重大的应用需求，通过磁性相变获得零膨胀性能拓展了Kagome磁体的新功能和应用前景。相关结果Significant Zero Thermal Expansion Via Enhanced Magnetoelastic Coupling in Kagome Magnets发表在《先进材料》（Adv. Mater. 35 (2023) 2208635）。

　　上述研究工作得到国家自然科学基金基础科学中心项目、重点项目、面上项目、中国科学院战略性先导科技专项（B类）以及中科院青促会优秀会员的支持。

【文章链接：】
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202208635
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202211164


图1. TbMn6Sn6量子磁体中发现近室温、拓扑双斯格明子晶格，揭示了自旋重取向过程中磁阻挫Kagome格子中过渡金属与稀土原子之间特殊的Ruderman-Kittel-Kasuya-Yosida (RKKY)相互作用生成斯格明子的新机制。


图2.利用C原子掺杂HfTaFe2合金，实现了宽温区“不胀不缩”零膨胀性能，揭示了Kagome格子铁磁-反铁磁相变增强磁弹耦合实现性能优化的新途径。