半导体性 EuMg$_2$Sb$_2$ 单晶中的 A 型反铁磁序

基于 Eu 的 Zintl 相材料 EuA$_2$Pn$_2$（A = Mg、In、Cd、Zn；Pn = Bi、Sb、As、P）因磁性与能带拓扑的复杂相互作用近期引起了极大关注。在此，我们研究了具有三方 CaAl$_2$Si$_2$ 晶体结构（空间群 $P\bar{3}m1$）的层状 Zintl 相单晶 EuMg$_2$Sb$_2$ 的电子、磁性与电学性质。电阻率测量结合角分辨光电子能谱（ARPES）研究发现了活化行为，高温下的本征导电性表明其具有窄能隙 370 meV 的半导体性电子基态。磁化率与零场热容测量表明该化合物在尼尔温度 $T_{\rm N}$ = 8.0(2) K 发生反铁磁（AFM）有序。零场中子衍射测量揭示该反铁磁有序为 A 型，其中 Eu 有序磁矩（Eu$^{2+}$，S = 7/2）在 ab 面内层中以铁磁方式排列，相邻层中的 Eu 磁矩则反铁磁排列。我们还发现，由于极小的面内各向异性，在 $T_{\rm N}$ 以下、低场 < 0.05 T 时，ab 面内三方反铁磁畴中会发生 Eu 磁矩重取向。尽管同结构的半金属性 EuMg$_2$Bi$_2$ 被报道具有狄拉克表面态，但在 EuMg$_2$Sb$_2$ 中观察到的窄能隙半导体行为意味着自旋轨道耦合在调控这些材料的电子态中起着重要作用。