拓扑半金属 EuCd$_2$As$_2$ 中压力诱导的铁磁性

反铁磁体兼半金属 EuCd$_2$As$_2$ 近来因拓扑与磁性相互作用所产生的丰富拓扑相而备受关注。特别地,理论预测在 EuCd$_2$As$_2$ 中 Eu 自旋沿 $c$ 轴铁磁排列的构型下存在一对外尔点。在寻找此类相的过程中,我们在此研究了静水压对 EuCd$_2$As$_2$ 的影响。为此,我们给出了高达 $\sim\,2.5\,$GPa 静水压下的比热、输运和 $\mu$SR 测量,并结合基于第一性原理的密度泛函理论(DFT)计算。实验上,我们确定 EuCd$_2$As$_2$ 的基态在临界压力 $\,\approx\,$2\,GPa 下由面内反铁磁(AFM$_{ab}$)转变为铁磁,其可能以磁矩主要位于 $ab$ 面内(FM$_{ab}$)为特征。如此相对较低压力下的 AFM$_{ab}$-FM$_{ab}$ 转变得到了我们 DFT 计算的支持。此外,我们的实验和理论结果表明,随着压力进一步增大,EuCd$_2$As$_2$ 趋近于所寻求的 FM$_c$ 态(磁矩 $\parallel$ $c$)。我们预测,若 Eu 保持 2+ 价态,约 $\approx$\,23\,GPa 的压力将稳定 FM$_c$ 态。因此,我们的工作确立了静水压作为关键调控参数:(i) 可在 EuCd$_2$As$_2$ 单一样品中实现磁基态间的连续调控;(ii) 能够探索磁性与拓扑之间的相互作用,从而推动针对这一磁性外尔半金属的一系列后续实验。