2021年6月16日,上??萍即髮W(xué)郭艷峰教授課題組、劉健鵬教授課題組與微系統(tǒng)所沈大偉研究員課題組合作,利用上海光源SiP.ME2平臺(tái)高分辨角分辨光電子能譜線站(BL-03U),在拓?fù)浯判圆牧项I(lǐng)域取得重要進(jìn)展,發(fā)現(xiàn)了本征磁性拓?fù)浣^緣體MnSb4Te7中的反鐵磁軸子絕緣態(tài),并實(shí)現(xiàn)多種磁性拓?fù)鋺B(tài)的調(diào)控。該研究對(duì)于理解磁性拓?fù)洳牧舷嘧兙哂兄匾饬x。相關(guān)研究成果發(fā)表在Physical Review Letters (Multiple Magnetic Topological Phases in Bulk van der Waals Crystal MnSb4Te7, Phys. Rev. Lett. 126, 246601 (2021))。
一些磁性材料中,磁結(jié)構(gòu)和自旋方向能夠被外磁場(chǎng)所調(diào)控,當(dāng)自旋軌道耦合較強(qiáng)時(shí),自旋結(jié)構(gòu)能夠有效傳遞給電子,進(jìn)而導(dǎo)致電子結(jié)構(gòu)相變。這種外磁場(chǎng)可控的電子結(jié)構(gòu)變化為設(shè)計(jì)靈活可控自旋電子學(xué)器件提供了便利。例如,近年來(lái)新發(fā)現(xiàn)的內(nèi)稟反鐵磁拓?fù)浣^緣體MnBi2Te4(Bi2Te3)n中的量子反?;魻栃?yīng)態(tài)和軸子絕緣態(tài)就引起了研究人員的廣泛關(guān)注。

合作研究團(tuán)隊(duì)生長(zhǎng)合成了高品質(zhì)的磁性拓?fù)洳牧?/span>(MnSb2Te4)(Sb2Te3)單晶異質(zhì)結(jié),理論表明,其是一個(gè)Z2反鐵磁拓?fù)浣^緣體,具有約75 meV的直接帶隙,是研究軸子絕緣態(tài)的新的研究平臺(tái)。而且,在外加磁場(chǎng)使材料自旋極化成為鐵磁態(tài)后,無(wú)論極化方向如何,該體系始終處于受空間反演對(duì)稱性保護(hù)的拓?fù)洳蛔兞?/span>Z4=2軸子絕緣態(tài),與MnBi2Te4家族中嚴(yán)格要求奇數(shù)層的面外反鐵磁態(tài)才能實(shí)現(xiàn)軸子絕緣態(tài)不同,MnSb4Te7單晶塊材中的軸子絕緣相更具有魯棒性,是測(cè)量拓?fù)浯烹娦?yīng)的絕佳平臺(tái)。并且,MnSb4Te7通過(guò)一定比例摻雜后課題調(diào)控成為外爾態(tài)。上海光源BL03U高分辨光電子能譜在表征MnSb4Te7能帶電子結(jié)構(gòu)方面起到了重要的作用。借助真空紫外波段30~90 eV連續(xù)可調(diào)的光子能量以及6.5 eV的深紫外激光,成功揭示了MnSb4Te7中的拓?fù)浔砻鎽B(tài),并通過(guò)Bi元素?fù)诫s和原位堿金屬摻雜等手段,探測(cè)表征了接近于軸子絕緣體能隙附近的能帶特征,為研究該類材料中磁性與拓?fù)淠軒У年P(guān)聯(lián)提供了新的認(rèn)識(shí)。
SiP.ME2平臺(tái)是基于上海同步輻射光源的能源環(huán)境新材料原位電子結(jié)構(gòu)綜合研究平臺(tái)(http://www.sipme2.ac.cn),包含兩線三站——BL02B彎鐵光束線、近常壓光電子能譜實(shí)驗(yàn)站、光進(jìn)光出實(shí)驗(yàn)站和BL03U EPU光束線和高分辨角分辨光電子能譜實(shí)驗(yàn)站,由中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所和上海光源聯(lián)合建設(shè)和運(yùn)行開放。歡迎廣大用戶通過(guò)中科院重大科技基礎(chǔ)設(shè)施共享服務(wù)平臺(tái)(http://jpspopfiles.com)申請(qǐng)課題。