EuZn$_2$P$_2$ 中的巨磁电阻及其电子与磁结构

我们通过电输运、磁化测量、X 射线磁散射、光学反射率、角分辨光电子能谱（ARPES）以及第一性原理能带结构计算（DFT+U）研究了三角反铁磁体 EuZn$_2$P$_2$（$P\overline{3}m1$）的单晶。我们发现 EuZn$_2$P$_2$ 的电阻率在降温时急剧增大，并可在磁场中被抑制数个数量级（CMR 效应）。共振磁散射揭示在 $T_{\rm N} = 23.7\,\rm K$ 以下存在磁有序矢量 $q = (0\, 0\, \frac{1}{2})$，对应于 $A$ 型反铁磁（AFM）序。我们发现磁矩偏离 $a-a$ 平面约 $40^{\circ}\pm 10^{\circ}$ 度，并在 $a-a$ 平面内沿 [100] 方向排列。我们观察到在低场与低温下近乎各向同性的磁化行为，这与磁散射结果一致。磁化测量显示在 $\approx 150\,\rm K$ 以下偏离 Curie-Weiss 行为，该温度以下材料电阻率的场依赖也开始增强。对 $T=295\,\rm K$ 红外反射谱的分析使我们分辨出主声子带与带内/带间跃迁，并估算出间接与直接带隙分别为 $E_i^{\mathrm{opt}}=0.09\,\rm{eV}$ 与 $E_d^{\mathrm{opt}}=0.33\,\rm{eV}$，与理论预言吻合良好。由 ARPES 获得的实验能带结构在 $T_{\rm N}$ 上下均近乎 $T$ 无关。理论与实验数据的比较显示，靠近 $\Gamma$ 点的 Eu 4$f$ 态与磷 3$p$ 轨道形成的能带存在弱混合，导致在 P 位诱导出小磁矩。