K$_2$Mn$_3$(AsO$_4$)$_3$ 候选 Weyl 氢原子的绝缘基态与 2-k 磁结构

理想的 Weyl '氢原子'半金属仅在 Fermi 能级处具备单一对 Weyl 节点且无其他平凡态。这一材料将是研究 Weyl 准粒子以实现直接无歧义观测其拓扑性质的终极形态。最近有研究提出 alluaudite 结构的 K$_2$Mn$_3$(AsO$_4$)$_3$ 复合物可能是此类材料。本文采用综合实验方法和第一性原理计算来评估这一预测。我们发现 K$_2$Mn$_3$(AsO$_4$)$_3$ 结晶于 $C2/c$ 对称性下，具有准一维 Mn 亚晶格，呈现小针状晶体生长。 bulk 性质测量显示在约 8 K 和约 4 K 处分别出现磁相变，中子散射实验表明这对应于两种不同的磁有序结构：首先在 8 K 处为部分有序的 ferrimagnetic $\mathbf{k_1}$= (0, 0, 0) 结构，随后在 4 K 处转变为 $\mathbf{k_2}$= (1, 0, 0) 的完全有序态。在第二次相变以下，两种有序矢量共同描述该复杂磁结构，表现为旋磁大小的调制。本文中两种最佳拟合磁结构均未破坏产生 Weyl 节点的必要对称性，尽管一种由 $\mathbf{k_1}$ 允许的磁结构保留了这种对称性。然而，晶体在光学上透明， ellipsometry 测量显示其带隙较大，凸显了半金属行为的预期。密度泛函理论计算预测该材料呈绝缘 antiferromagnetic 基态，与之前的报告不符，并暗示磁亚晶格上可能存在失配。鉴于 alluaudite 结构具有广泛可调性，我们考虑将系统推向更接近半金属态的方法。