Large Itinerant Electron Exchange Coupling in the Magnetic Topological Insulator MnBi2Te4
Hari Padmanabhan, Vladimir A. Stoica, Peter Kim, Maxwell Poore, Tiannan Yang, Xiaozhe Shen, Alexander H. Reid, Ming-Fu Lin, Suji Park, Jie Yang, Huaiyu Wang, Na… 展开作者
Hari Padmanabhan, Vladimir A. Stoica, Peter Kim, Maxwell Poore, Tiannan Yang, Xiaozhe Shen, Alexander H. Reid, Ming-Fu Lin, Suji Park, Jie Yang, Huaiyu Wang, Nathan Z. Koocher, Danilo Puggioni, Lujin Min, Seng-Huat Lee, Zhiqiang Mao, James M. Rondinelli, Aaron M. Lindenberg, Long-Qing Chen, Xijie Wang, Richard D. Averitt, John W. Freeland, Venkatraman Gopalan
拓扑材料中的磁性产生了表现出量子化输运现象的相，在自旋电子学和量子信息中有应用。这种相的出现依赖于局域自旋和包含拓扑能带的巡回态之间的强相互作用，以及随后交换能隙的形成。然而，这种相互作用从未在任何内禀磁性拓扑材料中测量过。使用多峰的方法，这种交换相互作用的测量MnBi 2 Te 4，第一个实现的内禀磁性拓扑绝缘体。询问非平衡自旋动力学，巡回乐队被发现表现出强烈的交换耦合本地化锰自旋。动量分辨的超快电子散射和磁光测量表明，巡游自旋通过电子-声子散射在皮秒时间尺度上的无序。局部Mn自旋，探测共振X射线散射，无序同时与巡回自旋，尽管从初始激发大力去耦。使用原子模拟对结果进行建模，估计定域自旋和巡回自旋之间的交换耦合比超交换相互作用大100倍以上。这意味着在拓扑表面态中应该发生>25 meV的交换能隙。通过直接量化本地巡回交换耦合，这项工作验证了材料的设计策略，利用本地化磁秩序创建和操纵磁拓扑相位，从静态到超快的时间尺度。
英文摘要：
Magnetism in topological materials creates phases exhibiting quantized transport phenomena with applications in spintronics and quantum information. The emergence of such phases relies on strong interaction between localized spins and itinerant states comprising the topological bands, and the subsequent formation of an exchange gap. However, this interaction has never been measured in any intrinsic magnetic topological material. Using a multimodal approach, this exchange interaction is measured in MnBi2Te4, the first realized intrinsic magnetic topological insulator. Interrogating nonequilibrium spin dynamics, itinerant bands are found to exhibit a strong exchange coupling to localized Mn spins. Momentum-resolved ultrafast electron scattering and magneto-optic measurements reveal that itinerant spins disorder via electron-phonon scattering at picosecond timescales. Localized Mn spins, probed by resonant X-ray scattering, disorder concurrently with itinerant spins, despite being energetically decoupled from the initial excitation. Modeling the results using atomistic simulations, the exchange coupling between localized and itinerant spins is estimated to be >100 times larger than superexchange interactions. This implies an exchange gap of >25 meV should occur in the topological surface states. By directly quantifying local-itinerant exchange coupling, this work validates the materials-by-design strategy of utilizing localized magnetic order to create and manipulate magnetic topological phases, from static to ultrafast timescales.
Imaging the itinerant-to-localized transmutation of electrons across the metal-to-insulator transition in V$_2$O$_3$
在固体中，电子之间的强烈排斥可以抑制它们的运动，并导致“莫特”金属到绝缘体转变（MIT），这是一种基本现象，其理解仍然是50多年来的挑战。一个关键的问题是如何像波一样的巡回电子改变成一个局域化的状态，由于增加的相互作用。然而，从能量和动量分辨的系统电子结构的角度观察MIT，这是探测巡回态和局域态的唯一直接方法，一直难以捉摸。在这里，我们表明，使用角分辨光电子能谱（ARPES），在V $_2$ O $_3$的温度引起的MIT的特征在于其巡回导带的逐步消失，没有任何变化，在其能量-动量色散，并同时转移到较大的结合能的准本地化状态最初位于附近的费米能级。
Influence of static correlation on the magnon dynamics of an itinerant ferromagnet with competing exchange interactions -- a first principles study of MnBi
Discovery of Griffiths phase in itinerant magnetic semiconductor Fe_{1-x}Co_xS_2
可以被抑制到零温度的临界点是有趣的，因为量子涨落已经被证明可以显着改变电子气的性质。在这里，通过Co掺杂的顺磁性绝缘体FeS $_2$，Fe $_{1-x}$ Co $_x$ S $_2$，形成的金属，被证明是为了铁磁在$x>x_c=0.01\pm0.005$，我们观察到不寻常的运输，磁性和热力学性质。我们发现，这种磁性半导体经历了一个独特的相似性格里菲斯相，包括奇异行为在$x_c$和零温度的磁性转变。
Itinerant magnetic multipole moments of rank five, triakontadipoles, as the hidden order in URu$_{2}$Si$_{2}$
用密度泛函理论的局域密度近似加上局域交换项的LDA+ $U$方法计算了URu $_{2}$ Si $_{2}$的对称破缺基态.的解决方案进行了分析，在一个多极张量展开的巡回密度矩阵，并被发现是一个非平凡的磁多极。分析和进一步计算表明，对于大多数磁性锕系元素，这种多极子在存在大的有效自旋轨道耦合时，以时间反转破缺的方式自然进入，并与磁矩共存
Imaging the coupling between itinerant electrons and localised moments in the centrosymmetric skyrmion magnet GdRu2Si2
磁skyrmion被认为是稳定的，只有在反演对称性破缺结构，但skyrmion晶格最近被发现在反演对称的Gd基化合物，刺激的stabilisationmechanism的问题。最近的一个理论建议，巡游电子和局部磁矩之间的耦合，是一个自然的结果，skyrmion是经得起检测，甚至使用非磁性探针，如光谱成像扫描隧道显微镜（SI-STM）。在这里，GdRu $_2$ Si $_2$的SI-STM观测揭示了局部态密度的模式，这些模式确实随底层磁性结构而变化。这些模式是定性再现模型计算假设巡回电子和本地化时刻之间的交换耦合。这些发现为理解GdRu $_2$ Si $_2$中skyrmion的形成机制提供了线索。
Exchange Frustration and Topological Magnetism in Electrostatically Doped SrRuO3
Department of Physics and Astronomy & Nebraska Center for Materials and Nanoscience, University of Nebraska, Lincoln（内布拉斯加大学林肯分校物理与天文学系及内布拉斯加材料与纳米科学中心）
Tailoring Exchange Couplings in Magnetic Topological Insulator/Antiferromagnet Heterostructures
磁性拓扑绝缘体，如Cr掺杂的（Bi，Sb）2 Te 3，为实现多功能时间反演破磁物理提供了一个平台。通过在反铁磁CrSb中构建Néel有序异质结构和在Cr掺杂的（Bi，Sb）2 Te 3中构建磁拓扑有序异质结构，实现了可以通过人工结构工程定制的界面磁现象.通过故意的异质结构和超晶格的几何设计，我们证明了反铁磁交换耦合在操纵的拓扑表面大量狄拉克费米子的磁性。这项工作为拓扑绝缘体与反铁磁材料的结合提供了一个新的框架，并为无耗散拓扑反铁磁自旋电子学开辟了新的途径。
Exploring interfacial exchange coupling and sublattice effect in heavy metal/ferrimagnetic insulator heterostructures using Hall measurements, x-ray magnetic circular dichroism, and neutron reflectometry
Hund nodal line semimetals: The case of twisted magnetic phase in the double-exchange model
我们提出了一类拓扑金属，我们称之为\emph{Hund nodal line semimetals}，所产生的强库仑相互作用编码之间的Hund的耦合巡游电子和本地化的自旋。我们在这里考虑一个特殊的扭曲自旋配置，这是实现在双交换模型描述的锰氧化物。由此产生的有效的电子四重晶格与跳跃绑定到本地自旋功能的反酉\emph{non-symmorphic}对称性，反过来，与另一个非对称，但单一的，滑移镜对称性，保护交叉的双带沿高对称线上的布里渊区边界。我们还讨论了由扭曲相位的各种微扰引起的对称性破缺。我们的研究结果可能会激发进一步研究这种物质状态的其他实现方式，例如在不同的自旋背景下，其鼓面表面态的性质，以及其对无序的稳定性和巡回电子之间的相互作用。
