近日，中國科學院合肥物質院強磁場中心陸輕鈾課題組與安徽大學熊奕敏合作，利用穩態強磁場實驗裝置（SHMFF）超靈敏磁力顯微鏡測量系統（MFM），結合電子順磁共振譜學和微磁學模擬，實現對籠目晶格中本征磁結構的觀測。研究結果發表在高影響力期刊Advanced Science 上。

圖：借助自研超靈敏MFM，首次實現籠目晶格中本征磁結構的直接觀測。發現一種新型拓扑破缺的磁陣列結構。

材料宏觀性質主要由其內部電子決定，而電子的性質又與晶格密不可分。籠目晶格能帶結構天然具有狄拉克點、平帶和范霍夫奇點，激發了拓扑磁結構以及非常規超導等在內的豐富的物理現象和內涵。這些奇異性質均與籠目晶格和電子序的相互作用緊密相關。

在超導領域，籠目超導體中競爭電子序的研究有望揭示高溫超導機制，是超導領域核心問題之一。同時，反鐵磁籠目晶格也是量子自旋液體的重要候選材料，為量子計算和量子信息科學等領域的研究提供了新的可能性。

雖然籠目晶格與電荷序的耦合已有較多研究，但是，其自旋序受晶格調控下的本征圖案至今仍未被揭示。

近期，陸輕鈾課題組通過MFM，首次實現了對籠目材料中本征磁結構的直接觀測，在二元籠目Fe3Sn2單晶中發現一種受晶格調制的新型磁陣列結構。受晶格六重對稱性和單軸磁各向異性的競爭影響，該材料磁重復單元呈現出獨特的破缺六邊形結構。結合霍爾輸運的測量結果，進一步証實了該材料中拓扑破缺的自旋構型。

此外，變溫實驗進一步揭示Fe3Sn2單晶中溫度驅動的磁重構行為。研究發現，這一過程是二級相變或弱一級相變，而非此前認為的一級相變。這一發現不僅糾正了先前的誤解，還進一步確定該材料在低溫下的磁基態為面內鐵磁態，而非此前被廣泛報道的自旋玻璃態。基於此，研究團隊繪制了Fe3Sn2單晶的全新磁相圖。

更重要的是，定量化的MFM數據揭示了即使在低溫條件下，Fe3Sn2單晶中依然存在顯著的面外磁分量。結合Kane-Mele模型分析，研究團隊成功解釋了低溫下狄拉克能隙打開的原因，從而排除了此前關於低溫斯格明子存在的假設。

強磁場科學中心博士生謝彩紅為論文第一作者，馮啟元副研究員、陸輕鈾教授為共同通訊作者。強磁場科學中心韓玉岩副研究員、童偉研究員，南京師范大學馬付勝教授，安徽大學熊奕敏教授等為論文合作者。該項研究獲得了國家重點研發計劃、國家自然科學基金等項目的支持。（徐靖）

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