结合自旋空间群与磁空间群预测磁性拓扑材料

由磁空间群（MSG）预测的磁性拓扑材料（MTMs）的稀缺性阻碍了向实际器件应用的进一步探索。在此，我们提出了一种结合自旋空间群（SSGs）——忽略自旋-轨道耦合（SOC）的近似对称群——与MSG的新方案，基于对称指标理论诊断共线磁性材料中的拓扑，从而能够对来自MAGNDATA数据库的484种实验合成的共线磁体的电子拓扑进行系统分类。该新方案利用了由SOC引起对称性破缺所产生的对称性层级，使得非平庸能带拓扑可以通过SSG被揭示，而这在传统的基于MSG的方法中是不可见的，铁磁体CaCu$_3$Fe$_2$Sb$_2$O$_{12}$中的真实三重简并点、反铁磁体FePSe$_3$中一般$k$点处的Dirac节线以及交替磁体Sr$_4$Fe$_4$O$_{11}$中的Weyl节线即为例证。值得注意的是，FePSe$_3$在MSG下是拓扑平庸的，但在SSG框架内存在Dirac节线。在引入SOC后，这些节线打开能隙并产生相当大的反常霍尔电导率。尽管体净磁化消失，FePSe$_3$仍可承载具有较大非相对论能带自旋劈裂的拓扑保护表面态。此外，一旦引入SOC，MTMs中的拓扑可通过旋转磁矩方向来调控，如Sr$_4$Fe$_4$O$_{11}$中的示例所示。在所预测的MTMs中，拓扑与非相对论及SOC诱导的通过磁矩重定向控制性质之间的相互作用值得未来进一步研究。