中心对称斯格明子宿主材料 GdRu2X2 (X = Si, Ge) 中竞争交换作用的原子级调控
材料科学
2025-08-13 v2 强关联电子
摘要
磁性斯格明子是能够实现高密度、低功耗自旋电子学的拓扑保护自旋态。尽管人们在寻找新的斯格明子宿主系统方面不断努力，但在特定温度和磁场下导致斯格明子相变的微观机制仍然难以捉摸。在此，我们系统地研究了同构中心对称磁体 GdRu2X2（X = Si 和 Ge），以及 X-p 轨道在改变磁性交换作用中的作用。通过电弧熔炼合成的 GdRu2Ge2 单晶在 0.9 T < H < 1.2 T 和 1.3 T < H < 1.7 T、2 K < T < 30 K 范围内表现出两个与斯格明子相相关的高熵区——与 Si 对应物相比，这是在更低磁场和更高温度下更易实现的条件。从热容测量得出的熵估计与磁化数据一致，输运研究证实了拓扑霍尔效应，突显了该系统非平庸的自旋织构和 Berry 曲率。与 GdRu2Si2 相比，电子结构和交换作用的评估表明，更扩展的 Ge-4p 轨道增强了 GdRu2Ge2 中的竞争交换作用，从而表现出丰富的斯格明子行为。这项工作展示了如何在原子水平上改变交换作用以实现拓扑非平庸电子态的可调性，同时增进了我们对未来自旋电子学中斯格明子形成机制的理解。
引用
@article{arxiv.2502.21169,
title = {Atomically Modulating Competing Exchange Interactions in Centrosymmetric Skyrmion Hosts GdRu2X2 (X = Si, Ge)},
author = {Dasuni N. Rathnaweera and Xudong Huai and K. Ramesh Kumar and Michal J. Winiarski and Tomasz Klimczuk and Allana G. Iwanicki and Satya Kushwaha and Martin Mourigal and Tyrel M. McQueen and Thao T. Tran},
journal= {arXiv preprint arXiv:2502.21169},
year = {2025}
}