拓扑磁体 EuAl$_4$ 中的自发自旋手性反转与竞争相位

我们展示了在单晶欧钕铝（EuAl$_4$）样品中发生的自发自旋手性反转。通过谐振磁性X射线散射，我们解决了EuAl$_4$四个磁相的纳米尺度本质，并证明所有四个相均以单k型纯横向磁相位向量有序。在15.4 K 以下，系统形成一种自旋密度调制的自旋结构，其中自旋 orientations in the ab plane，垂直于磁传播向量的 orientation。在13.2 K 以下，第二个自旋密度波有序，矩的方向平行于c轴，使得两种自旋密度波共存。在12.2 K 以下，稳定整个样品单手性磁螺旋。在10 K 以下，磁螺旋的手性发生反转，样品仍为单一手性域。伴随螺旋磁有序的建立，晶体对称性下降为单斜率，证明为形成单轴向电荷和自旋条纹域。群理论分析表明，在12.2 K 以下，对称性下降为极性单斜率，这解释了观察到的磁螺旋手性状态的不对称性以及自旋手性反转。我们发现，在EuAl4的每一个磁有序相中，横向矩垂直于磁传播向量的 orientation，这由磁偶极相互作用驱动。