Kagome magnets exhibit a range of novel and nontrivial topological properties due to the strong interplay between topology and magnetism, which also extends to their thermoelectric applications. Recent advances in the study of magnetic topological materials have highlighted their intriguing anomalous Hall and thermoelectric effects, arising primarily from large intrinsic Berry curvature. Here, we report observation of a large room-temperature (RT) anomalous Nernst effects (ANE) of S_xy^A ~ 1.3 μV K^(-1) in the kagome antiferromagnet (AFM) ErMn6Sn6, which is comparable to the largest signals observed in known magnetic materials. Surprisingly, we further found that a significant topological Nernst signal at RT and peaking a maximum of approximately 0.2 μV K^(-1) at 180 K, exactly coupling with ANE in the spiral AFM state, originates from the real-space nonzero spin chirality caused by incommensurate spin structure. This study demonstrates a potential room-temperature thermoelectric application platform based on Nernst effect, and provides insights for discovering significant anomalous and topological transverse transport effects in the incommensurate AFM system.
Anomalous Hall and Nernst effects driven by static and fluctuating spin chiralities on Kagome lattice
School of Physical Sciences, University of Chinese Academy of Sciences(中国科学院大学物理科学学院);School of Electronic, Electrical and Communication Engineering, University of Chinese Academy of Sciences(中国科学院大学电子电气与通信工程学院);Institute of Theoretical Physics, Chinese Academy of Sciences(中国科学院理论物理研究所);Kavli Institute for Theoretical Sciences, University of Chinese Academy of Sciences(中国科学院大学科维理理论科学研究所)
The giant anomalous Hall and Nernst effects in Kagome permanent magnets RCo5
School of Physics & Astronomy and Center for Advanced Quantum Studies, Beijing Normal University(北京师范大学物理与天文学学院及先进量子研究中心);Key Laboratory of Multiscale Spin Physics (Ministry of Education), Beijing Normal University(北京师范大学多尺度自旋物理教育部重点实验室)
Large Anomalous and Topological Hall Effect and Nernst Effect in a Dirac Kagome Magnet Fe3Ge
Ningbo University(宁波大学);Michigan State University(密歇根州立大学);Weizmann Institute of Science(魏茨曼科学研究所);Oak Ridge National Laboratory(橡树岭国家实验室);Zhejiang University of Technology(浙江工业大学)
Fe3Ge单晶表现出大异常霍尔效应和能斯特效应,其横向热电导率达4.6 A m^-1 K^-1,源于Dirac间隙的 Berry 曲率,同时拓扑霍尔电阻率和能斯特系数也显著,展示了动量和实空间中 Berry 阶段的联合影响。
Phonons and magnetism of kagome FeGe probed by nuclear resonant scattering
Center for Correlated Matter and School of Physics, Zhejiang University(浙江大学相关物质研究中心和物理学院);Department of Physics and Astronomy, Rice University(莱斯大学物理与天文学系);Rice Laboratory for Emergent Magnetic Materials and Smalley-Curl Institute, Rice University(莱斯大学涌现磁性材料实验室及Smalley-Curl研究所);Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY(德国电子同步加速器研究所);School of Emerging Technology, University of Science and Technology of China(中国科学技术大学前沿技术学院);Hefei National Laboratory(合肥国家实验室);New Cornerstone Science Laboratory, University of Science and Technology of China(中国科学技术大学新基石科学实验室)
Chiral properties of the zero-field spiral state and field-induced magnetic phases of the itinerant kagome metal YMn$_6$Sn$_6$
在YMn $_6$ Sn $_6$的六边形平面中施加磁场导致公度相和非公度相的复杂磁相图,其中之一与由独特的波动驱动机制产生的拓扑霍尔效应(THE)共存。使用非极化中子衍射,我们报告解决了两个先前确定的,但未知的,相称的阶段的磁结构。这些包括低温,高场扇形相和室温,低场倾斜反铁磁相。扇形和强制铁磁相之间的中间无公度相也被确定为最后一个已知的平面内场-温度图相。使用同步加速器粉末衍射的额外表征揭示了极高质量的单相晶体,这表明在整个相图的大部分区域中存在两个不相称的磁性结构是该系统的固有特性。有趣的是,极化中子衍射表明,中心对称系统主机优先手性在零场双平面螺旋相,这与THE,是一个拓扑非平凡的特点。
Exploring the apparent violation of the Mott relation in a noncentrosymmetric kagome ferromagnet
Virginia Tech(弗吉尼亚理工大学);Virginia Tech National Security Institute(弗吉尼亚国家安全研究所);Virginia Tech Center for Quantum Information Science and Engineering(弗吉尼亚量子信息科学与工程中心);University of Virginia(弗吉尼亚大学);Los Alamos National Laboratory(洛斯阿拉莫斯国家实验室);University of California, Davis(加州大学戴维斯分校)
Topological charge-entropy scaling in kagome Chern magnet TbMn$_6$Sn$_6$
在普通材料中,电子既导电又导热,它们的电荷-熵关系遵循莫特公式和维德曼-弗朗兹定律。在拓扑量子材料中,相对论性电子的横向运动会受到拓扑费米子周围产生的量子场的强烈影响,其中它们的电荷-熵关系的简单模型描述仍然难以捉摸。在这里,我们报告的拓扑电荷熵标度的kagome陈磁体TbMn $_6$ Sn $_6$,具有原始的Mn kagome晶格与强大的面外磁化。通过电和热电输运,我们观察到量子振荡与非平凡的Berry相位,一个大的费米速度和二维性,支持狄拉克费米子的存在,在磁性kagome晶格。这种量子磁体还表现出大的反常霍尔效应、反常能斯特效应和反常热霍尔效应,所有这些效应都能持续到室温以上。值得注意的是,我们发现,这些异常的横向运输的电荷熵标度关系可以无处不在的描述的Berry曲率场效应的Chern-gapped狄拉克模型。我们的工作指向一个模型kagome陈磁体的拓扑电荷熵标度的原理证明的阐述。
Fragility of $\mathcal{Z}_2$ topological invariant characterizing triplet excitations in a bilayer kagome magnet
凯恩和梅勒发现了一个以$\mathcal{Z}_2$拓扑不变量为特征的自旋电子模型,这对电子能带结构的研究产生了持久的影响。考虑到这一点,很自然地会问是否可以在磁性绝缘体的带状激发中找到类似的拓扑结构,最近已经提出了支持$\mathcal{Z}_2$拓扑不变量的模型,用于磁振子[Kondo et al. Phys. Rev. B 99,041110(R)(2019)]和三重态[D. G. Joshi和A. P. Schnyder,Phys. Rev. B 100,020407(2019)]。在这两种情况下,磁激发形式的时间反转(TR)的合作伙伴,模仿的Kramers对电子在凯恩-梅勒模型,但不享有相同类型的对称性保护。在本文中,我们重新审视这个问题的上下文中的三重态激发的自旋模型的双层kagome晶格。这里,只要哈密顿量保持TR $\times$ U(1)对称性,三重激发就提供了凯恩-梅勒模型的忠实模拟。我们发现,交换各向异性,允许的点群和典型的现实模型,打破所需的TR $\times$ U(1)对称性,并立即破坏$\mathcal{Z}_2$带拓扑。我们进一步考虑TR打破由所施加的磁场的影响。在这种情况下,自旋简并度的提升导致了三重态陈氏绝缘体,它对TR $\times$ U(1)对称性的破坏是稳定的。Kagome带实现了二次和线性带接触,我们提供了一个彻底的表征与这两种情况下的…
Complex magneto-elastic properties in the frustrated kagome-staircase compounds (Co$_{1-x}$Ni$_x$)$_3$V$_2$O$_8$
本文介绍了对Kagome阶梯化合物(Co $_{1-x}$ Ni $_x$)$_3$ V $_2$ O $_8$单晶的高分辨热容和热膨胀实验。母体化合物Co $_3$ V $_2$ O $_8$和Ni $_3$ V $_2$ O $_8$经历了一系列复杂的一级和二级磁相变。低温($T<40$ K)磁熵随着掺杂含量$x$单调地从Ni $_3$ V $_2$ O $_8$中的全S=1 Ni $^{2+}$磁熵演变到Co $_3$ V $_2$ O $_8$中的S=3/2 Co $^{2+}$磁熵的一半。热膨胀系数$α_i$($i = a$、$b$和$c$)显示出所有(Co $_{1-x}$ Ni $_x$)$_3$ V $_2$ O $_8$化合物的强各向异性。低温磁畸变表明Co掺杂(Ni掺杂)具有与沿$a$或$b$($c$)施加单轴压力类似的效果。线性Grüneisen参数$Γ_i$提取的三个主轴$i$和表现出复杂的行为与温度和掺杂。对于每个轴,$Γ_i$和$α_i$在临界浓度$x_c\simeq0.25$下表现出符号变化(在低温下),在该临界浓度下,无公度磁传播矢量发生变化。除了我们的研究,了解多个和复杂的参数(磁挫折,磁各向异性,S=1和S=3/2离子的混合物等)。现在必须使光丰富的磁弹性性能(Co $_{1-x}$ Ni $_x$)$_3$ V $_2$ O $_8$。
Putative helimagnetic phase in the kagome metal Co_3Sn_2-xIn_xS_2
对强电子相关性产生的拓扑电子相的探索是凝聚态物理的前沿领域。目前作为此类研究平台出现的一类系统是基于过渡金属的所谓戈薇磁体。利用μ子自旋-旋转,我们探索了可果美磁体Co $_{3}$ Sn $_{2-x}$ In $_{x}$ S $_{2}$中的磁关联作为In掺杂的函数,为有趣的无公度螺旋磁(HM)态提供了推定的证据。我们的研究结果表明,而未掺杂的样品表现出的面外铁磁(FM)的基态,在5 ${\%}$的In掺杂的系统进入一个状态,其中FM和面内反铁磁(AFM)相共存。在更高的掺杂下,HM状态出现并且在仅为$x_{\rm cr,1}$ ${\simeq}$ 0.3的临界掺杂水平下成为主导。这表明从FM通过混合态到$x_{\rm cr,1}$的螺旋相的零温度一阶量子相变。此外,在$x_{\rm cr,2}$ ${\simeq}$ 1处,观察到从螺旋相到顺磁相的零温度二级相变,证明了拓扑磁体Co $_{3}$ Sn $_{2-x}$ In $_{x}$ S $_{2}$的相图中的HM量子临界点(QCP)。所观察到的磁性戈薇晶格中的相互作用的多样性驱动该系统的拓扑霍尔响应的非单调变化。
Magnetic States and Electronic Properties of Manganese-Based Intermetallic Compounds Mn$_2$YAl and Mn$_3$Z (Y = V, Cr, Fe, Co, Ni; Z = Al, Ge, Sn, Si, Pt)