非共线磁体MnF₂中铁性多极子的实空间显现
Real-space manifestation of ferroic multipoles in altermagnetic MnF$_2$
- European Spallation Source, ERIC（欧洲散裂源）
- Laboratoire Léon Brillouin, CEA, CNRS（勒内·布朗利实验室）
- Institut Laue-Langevin（朗之万研究所）
- Laboratoire de Physique des Solides, CNRS, Université Paris-Saclay（巴黎综合理工学院固体物理实验室）
- Quantum Innovation Centre (Q.InC), (A*STAR)（量子创新中心）
- Centre for Quantum Technologies, National University of Singapore（新加坡国立大学量子技术中心）
- Department of Physics, University of Windsor（温莎大学物理系）
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AI总结：
本研究利用极化中子衍射重构非共线磁体MnF₂的三维磁化密度，分离各磁贡献后观测到对应O₅₂磁多极子的信号，为非共线磁体的铁性多极序提供实空间证据，确立极化中子衍射的探测作用。
AI中文摘要：
非共线磁体是源于零自旋轨道耦合极限的非常规自旋劈裂磁体，其拥有磁多极序参数，但这些多极子的直接实空间观测一直难以实现。本研究利用极化中子衍射重构了原型非共线磁体MnF₂的三维磁化密度，通过利用对称性选择的磁反射，将主导的Mn²⁺球形贡献与弱得多的Mn各向异性磁化以及氟配体的共价自旋极化分离开来。重构的自旋密度显示出有限的氟离子磁矩，以及与对称性允许的非共线磁体5阶磁多极子O₅₂（磁三十极子）一致的Mn各向异性磁化。这些结果为非共线磁体中的铁性多极序提供了直接实空间证据，并确立极化中子衍射是探测量子材料中隐藏磁多极子的有力工具。
英文摘要：
Altermagnets are unconventional spin split magnets arising from the zero spin-orbit coupled limit. They host a magnetic multipolar order parameter yet direct real-space observation of these multipoles has remained elusive. Here we use polarized-neutron diffraction to reconstruct the three-dimensional magnetization density of the prototypical altermagnet MnF$_2$. By exploiting symmetry-selective magnetic reflections, we separate the dominant spherical Mn$^{2+}$ contribution from the much weaker anisotropic Mn magnetization and the covalent spin polarization of the fluorine ligands. The reconstructed spin density reveals a finite fluorine ion moment together with an anisotropic Mn magnetization consistent with the symmetry-allowed altermagnetic rank-5 magnetic multipole $O_{52}$(magnetic triacontadipole). These results provide direct real-space evidence of ferroic multipolar order in an altermagnet and establish polarized-neutron diffraction as a powerful probe of hidden magnetic multipoles in quantum materials.
