单晶抗磁性 Mn$_2$Au 中的磁各向异性

近期多项研究确认金属抗磁体 Mn$_2$Au 因其 apparent 面内各向异性、保持室温以上磁性以及由此引起的 Néel 矢量开关而成为自旋器件的优选材料。由于 Mn$_2$Au 呈不完全溶解结晶生长，制备工艺较为复杂。本文采用铋通道法生长获得毫米级批量单晶 Mn$_2$Au，以考察其固有各向异性电、磁性能。通道快速冷却实验表明，Mn$_2$Au 单晶在 550{\deg}C 以下结晶化，约低于 Mn$_2$Au 分解温度的 100{\deg}C。批量 Mn$_2$Au 单晶室温电阻率为 16-19 $\mu\Omega$-cm，残余电阻率比为 41。Mn$_2$Au 单晶的无量纲磁化率约为 $10^{-4}$，与计算值及粉末样品的实验报告相当。单晶中子衍射确认其面内磁结构。Mn$_2$Au 的四方晶对称性限制了 $ab$ 面磁化率恒定，即在低场极限下 $\chi_{100}=\chi_{110}$。我们发现测得的三个磁化率 $\chi_{100}$、$\chi_{110}$ 和 $\chi_{001}$ 数量级相近，与计算预测相符，表明 Mn$_2$Au 的低场磁化率相当各向同性，尽管其 $ab$ 面与 $ac$ 面晶体磁各向异性显著不同。计算显示 Mn$_2$Au 的面内自旋翻转场极高，可超过 30 T，显著高于另一种面内抗磁体 Fe$_2$As（小于 1 T）。内在磁化率的细微各向异性可能导致形状、晶体纹理、应变和缺陷在试图进行 Mn$_2$Au 自旋读取时发挥主导作用。