各向异性量子材料中的共振扭力磁强法

量子材料的不寻常行为通常源于其有效的低维物理，这反映了自旋与电荷自由度潜在的各向异性。扭力磁强法是一种高度灵敏的技术，可直接量化量子材料中的各向异性，例如层状高 T$_c$ 超导体、各向异性量子自旋液体以及拓扑绝缘体的表面态。本文我们引入磁各向异性系数 $k=\partial^2 F/\partial \theta^2$，即自由能 F 对样品与外加磁场间夹角 $\theta$ 的二阶导数，并报告一种简单有效的实验探测方法。将亚微克晶体置于市售原子力显微镜悬臂尖端，我们表明 $k$ 可由磁场下共振频率的移动定量推断。虽然与磁力矩 $\tau=\partial F/\partial \theta$ 相关，$k$ 起到力矩磁化率的作用，从而提供对各向异性材料的独特见解，类似于磁化强度与磁化率之别。热力学系数 $k$ 在二级相变处不连续，并服从与比热及磁化率的埃伦费斯特关系。我们将这一简单而定量的方法应用于 Weyl 半金属 NbP 与自旋液体候选材料 RuCl$_3$ 的范例，但该方法在量子材料研究中具有广泛适用性。