Pressure-induced ferromagnetism in the topological semimetal EuCd$_2$As$_2$
Elena Gati, Sergey L. Bud'ko, Lin-Lin Wang, Adrian Valadkhani, Ritu Gupta, Brinda Kuthanazhi, Li Xiang, John M. Wilde, Aashish Sapkota, Zurab Guguchia, Rustem K… 展开作者
Elena Gati, Sergey L. Bud'ko, Lin-Lin Wang, Adrian Valadkhani, Ritu Gupta, Brinda Kuthanazhi, Li Xiang, John M. Wilde, Aashish Sapkota, Zurab Guguchia, Rustem Khasanov, Roser Valenti, Paul C. Canfield
备注：
8 figures in main text, 6 figures in Appendix; 14 pages total
The antiferromagnet and semimetal EuCd$_2$As$_2$ has recently attracted a lot of attention due to a wealth of topological phases arising from the interplay of topology and magnetism. In particular, the presence of a single pair of Weyl points is predicted for a ferromagnetic configuration of Eu spins along the $c$-axis in EuCd$_2$As$_2$. In the search for such phases, we investigate here the effects of hydrostatic pressure in EuCd$_2$As$_2$. For that, we present specific heat, transport and $μ$SR measurements under hydrostatic pressure up to $\sim\,2.5\,$GPa, combined with {\it ab initio} density functional theory (DFT) calculations. Experimentally, we establish that the ground state of EuCd$_2$As$_2$ changes from in-plane antiferromagnetic (AFM$_{ab}$) to ferromagnetic at a critical pressure of $\,\approx\,$2\,GPa, which is likely characterized by the moments dominantly lying within the $ab$ plane (FM$_{ab}$). The AFM$_{ab}$-FM$_{ab}$ transition at such a relatively low pressure is supported by our DFT calculations. Furthermore, our experimental and theoretical results indicate that EuCd$_2$As$_2$ moves closer to the sought-for FM$_c$ state (moments $\parallel$ $c$) with increasing pressure further. We predict that a pressure of $\approx$\,23\,GPa will stabilize the FM$_c$ state, if Eu remains in a 2+ valence state. Thus, our work establishes hydrostatic pressure as a key tuning parameter that (i) allows for a continuous tuning between magnetic ground states in a single sample of EuCd$_2$As$_2$ and (ii) enables the exploration of the interplay between magnetism and topology and thereby motivates a series of future experiments on this magnetic Weyl semimetal.
Evidence of Ba substitution induced spin-canting in the magnetic Weyl semimetal EuCd$_2$As$_2$
最近，EuCd $_2$ As $_2$被预测为磁性Weyl半金属，具有由A型反铁磁性产生的孤对Weyl节点，并受到旋转对称性的保护。然而，很快就发现实际的磁性结构打破了旋转对称性，内部压力后来被认为是稳定所需磁性状态的途径。在这项工作中，我们通过合成一系列的Eu $_{1-x}$ Ba $_x$ Cd $_2$ As $_2$单晶，并通过实验技术和第一性原理计算研究它们的结构，磁性和输运性质来验证这一预测。我们发现，小浓度的Ba（$\sim 3-10\% $）导致一个小的面外倾斜的Eu时刻。然而，对于更高的浓度，这种效果被抑制，几乎在平面模型被恢复。研究的输运性质，我们发现，所有的组合物显示的异常霍尔效应的内在机制，以及在纵向通道中的大的负磁阻为主的证据。输运性质的非单调演变被视为整个系列相关的建议倾斜倾斜可能会提高拓扑效应。仔细的密度泛函理论计算，使用全电子的方法修改以前的预测，发现一个纯铁磁基态与面内时刻的EuCd $_2$作为$_2$和Eu $_{0.5}$ Ba $_{0.5}$ Cd $_2$作为$_2$化合物-证实了我们的实验结果。这项工作表明，Ba取代可以调整的磁性在意想不到的方式，相关的拓扑性质的措施的变化，鼓励未来的工作，以找到理想的Ba浓度Eu矩倾斜。
Spin fluctuation induced Weyl semimetal state in the paramagnetic phase of EuCd$_2$As$_2$
外尔费米子作为涌现准粒子可以出现在外尔半金属（WSM）中，其中能带是非简并的，由反转或时间反演对称性破缺引起。然而，磁感应WSM的实验证据是稀缺的。在这里，使用光电子能谱，我们观察到，布洛赫带的简并已经解除了EuCd $_2$ As $_2$的顺磁相。我们把这种效应归因于巡游电子经历准静态和准长程铁磁涨落。此外，自旋非简并能带结构在费米能级附近具有一对理想Weyl节点。因此，我们表明，长程磁序和时间反演对称性的自发破缺不是中心对称系统中WSM态的基本要求，并且WSM态可以出现在比以前认为的更广泛的凝聚态系统中。
Anisotropic transport and optical spectroscopy study on antiferromagentic triangular lattice EuCd_2As_2: an interplay between magnetism and charge transport properties
Observation of correlation-driven topological transport and robust ferromagnetism in 2D CrS$_2$
Institute of Physics（物理研究所）；S. N. Bose National Centre for Basic Sciences（S.N. 玻色基础科学国家中心）；Uppsala University（乌普萨拉大学）；Montanuniversität Leoben（莱奥本矿业大学）；University of Rijeka（里耶卡大学）
Spin structure and dynamics of the topological semimetal Co$_{3}$Sn$_{2-x}$In$_{x}$S$_{2}$
反常霍尔效应（AHE），通常在铁磁（FM）金属中观察到，具有破缺的时间反转对称性，取决于电子和磁性。在Co $_{3}$ Sn $_{2-x}$ In $_{x}$ S $_{2}$中，一个巨大的AHE被归因于与FM Weyl半金属相相关的Berry曲率，但最近的研究报告了复杂的磁性。我们使用中子散射来确定自旋动力学和结构作为$x$的函数，并提供了微观理解的AHE和磁性的相互作用。自旋间隙和刚度表明从外尔费米子的贡献与AHE一致。磁结构从$x$ = 0时的$c$轴铁磁性演变为倾斜反铁磁（AFM）结构，其具有减小的$c$轴矩和在$x$ = 0.12时的面内AFM阶，以及在$x$ = 0.3时进一步减小的$c$轴FM矩。由于非共线自旋可以在真实空间中诱导非零的Berry曲率作为虚拟磁场，我们的结果揭示了另一个AHE贡献，建立了磁性对运输的影响。
Emergence of Ferromagnetism from Planar Defects in EuSn2As2 Antiferromagnet
V.L. Ginzburg Research Centre for High-Temperature Superconductivity and Quantum Materials, P.N. Lebedev Physical Institute, RAS（俄罗斯科学院P.N.列别捷夫物理研究所V.L.金兹堡高温超导与量子材料研究中心）；National Research Centre“Kurchatov Institute”（库尔恰托夫国家研究中心）；Moscow Institute of Physics and Technology（莫斯科物理技术学院）；Institute for Electrophysics, RAS（俄罗斯科学院电子物理研究所）；National Research University “Higher school of economics”（国立高等经济大学）
Topological phase transitions in strongly correlated systems: application to Co$_3$Sn$_2$S$_2$
讨论了强关联半金属铁磁化合物Co $_3$ Sn $_2$ S $_2$从Weyl半金属（包括手征无质量费米子）到非磁态的拓扑跃迁.这种转变伴随着拓扑不变量的变化，并伴随着从饱和铁磁态到顺磁态的非拓扑转变，少数费米面从虚态（隐态）转变为实态。对有效窄带哈伯德模型的从费米子表示给出了相应的描述。系统Co $_3$ Sn $_2$ S $_2$提供了非平凡拓扑和强低维铁磁性共存的一个明亮的例子。与其他化合物进行比较，其中挫折导致形成相关的顺磁状态。
