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研究快讯 | Fe基Kagome晶格化合物单晶Y0.5Fe3Sn3的结构确定、非稳反铁磁态及输运行为
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Editors' Suggestion
Structural Determination, Unstable Antiferromagnetism and Transport Properties of Fe-Kagome Y0.5Fe3Sn3 Single Crystals
Yang Liu(刘洋), Meng Lyu(吕孟), Junyan Liu(刘俊艳), Shen Zhang(张伸), Jinying Yang(杨金颖), Zhiwei Du(杜志伟), Binbin Wang(王彬彬), Hongxiang Wei(魏红祥), and Enke Liu(刘恩克)
Chin. Phys. Lett. 2023, 40 (4): 047102
DOI: 10.1088/0256-307X/40/4/047102
文章亮点
利用自助熔法制备出了Kagome晶格高奈尔温度反铁磁化合物单晶，通过磁场诱发的铁磁分量表现出了显著的反常霍尔行为，为研究Kagome物理、拓扑物态、稀土化合物磁性及强关联作用等提供了新的材料体系。
图1. Y0.5Fe3Sn3的基本物性信息：(a) 具有Fe基Kagome晶格的结构示意图；(b) 以HfFe6Sn6构型计算得到的费米面，其中可见Gamma点附近的球形费米面和第一布里渊区内的各向异性费米面；(c) 高温磁测量显示的反铁磁转变，其奈尔温度高达551 K；(d) 在2 K、面内情况下，磁化强度和霍尔电阻率随磁场变化关系，可见由磁场诱发的铁磁分量及反常霍尔行为。
Fe基Kagome晶格化合物单晶Y0.5Fe3Sn3的结构确定、非稳反铁磁态及输运行为
研究背景
由于能带结构中存在狄拉克点、平带和范霍夫奇点等物态，Kagome材料展现出诸多新奇的物理现象，引起了研究人员的广泛关注。为此，探索新的Kagome材料并研究其相关的物理成为近年来凝聚态物理领域的一个研究热点。稀土基金属间化合物RT6Sn6(R为稀土元素，T为过渡族元素)是较早被研究的一类Kagome材料，其中RMn6Sn6和RV6Sn6已被报道，并展现出陈绝缘体相、狄拉克锥、平带等拓扑物性 [Nature 58, 533 (2020); Nat. Commun. 12, 3129 (2021); Phys. Rev. Lett. 127, 266401 (2021)]。然而，RFe6Sn6这一类化合物却少有报道，且其结构也存在一定争议。因此，生长RFe6Sn6单晶并对其进行物性研究，对丰富Kagome材料体系和研究Kagome物理具有重要意义。
内容简介
近期，中国科学院物理研究所的刘恩克课题组利用自助熔法生长制备出了一种新的Fe基Kagome晶格化合物Y0.5Fe3Sn3单晶（由于晶格位点具有50%的原子占位，不同于RMn6Sn6和RV6Sn6结构，故该化合物化学式写为Y0.5Fe3Sn3）。他们对这一新Kagome材料进行了物性研究，发现这一材料是反铁磁化合物，并具有较高的奈尔温度（551 K）。在低温下，磁场可在ab面内诱发铁磁分量，并在电输运上表现出明显的反常霍尔效应。在2 K、外场沿面内的条件下，其反常霍尔电导接近100 Ω-1cm-1，这在常规反铁磁材料里较少见。同时，通过计算Y0.5Fe3Sn3的电子能带，发现该体系的费米面具有较强的各向异性，与电输运测量的结果一致。
研究意义和重要性
Fe基Kagome材料Y0.5Fe3Sn3单晶丰富了现有的Kagome材料体系，且通过将Y替换为其它稀土元素，引入f电子，可进一步研究这类材料体系中潜在的拓扑、关联等效应，为探索Kagome物理提供了新的可能。
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