近日，中科院合肥研究院強磁場中心朱文卡副研究員、張蕾研究員，與華中科技大學田召明教授、安徽大學劉威博士等合作，利用穩態強磁場實驗裝置，解析出不同類型磁性拓撲半金屬的磁結構。相關高場實驗數據借助高場磁性測量系統在水冷磁體WM5上完成。相關研究成果分別以“Criticalbehavior of the magnetic Weyl semimetal PrAlGe”和“Field-induced tricritical phenomenon and multiple phases in DySb”為題發表在Physical Review B上。

　　拓撲半金屬是近幾年凝聚態物理研究的熱點。對于磁性拓撲半金屬而言，磁性可以產生并調控外爾點，使得這類材料成為研究外爾物理和磁性之間聯系的理想平臺。并且，越來越多的研究表明：磁結構和磁耦合對于各種拓撲非平庸量子態的形成和演化至關重要，磁性和拓撲非平庸態之間的聯系已經在很多磁性拓撲材料中被證實。但由于缺少合適或者高質量的單晶以及實驗手段的制約，大多數理論預言的磁性拓撲半金屬仍然未被實驗證實。因此，新型磁性拓撲半金屬的探索和研究，對于認識磁性拓撲材料非常重要。

　　鑒于此，在本研究中，研究人員對磁性拓撲半金屬材料PrAlGe和DySb的高質量單晶展開了深入研究。

       在PrAlGe中，本征磁有序充當塞曼耦合使得自旋向上和自旋向下的能帶發生劈裂，但是整體能帶結構并未改變。對其磁性的研究揭示了該體系中的低維磁性耦合（2D-Ising類型）。進一步，研究人員解析出了PrAlGe的磁結構：磁矩在c方向為鐵磁排列，但是具有在ab面內的反鐵磁分量。

       對于DySb晶體，磁場沿著不同的晶向時，表現出復雜的磁場誘導相變，并且理論預言其磁性半金屬態存在于鐵磁相中，然而兩個反鐵磁相對應的拓撲態仍難以確定。因此，研究人員聚焦于H//[001]的豐富磁性相變。研究結果揭示了該體系中存在磁場誘導的三重臨界現象。基于不同磁結構的解析，研究人員構建了DySb詳細的磁場-溫度相圖，表明其中的自旋耦合存在著微妙的競爭和平衡。

      該研究結果對于理解拓撲半金屬體系中的磁性和拓撲性質之間的聯系具有重要意義。

　　本工作得到國家重點研發計劃、國家自然科學基金、大科學中心高端用戶基金、安徽省高校基金等的資助，還得到了強磁場安徽省實驗室的支持。

　　文章鏈接：https://journals.aps.org/prb/abstract/10.1103/PhysRevB.103.214401 

　　                 https://journals.aps.org/prb/abstract/10.1103/PhysRevB.102.174417 

（a）PrAlGe的晶體結構和磁結構；（b）高場下的M(H)曲線；（3）角度依賴的磁化強度曲線；（d）高場下的等熱臨界擬合分析。 

　　DySb的H-T相圖及其所對應的磁結構