朝向未钉扎破缺螺旋的对称性破缺路径

承载轴子绝缘体态的主要候选材料之一是EuIn$_{2}$As$_{2}$。第一性原理计算基于共线反铁磁结构的假设预测了这种奇异拓扑相的出现。然而，中子散射测量揭示了更为复杂的磁基态，其通过连续的热相变达到，以两个共存的磁波矢为特征。所提出的高温与低温相分别为自旋螺旋和一种相互贯穿的螺旋与反铁磁有序态，称为破缺螺旋。尽管复杂，破缺螺旋仍保护轴子态，因为时间反演与旋转对称的乘积得以保持。本文中，我们采用结合对称敏感光学探针、散射与群论分析的多模态方法，确定了与这两个相相关的磁结构。我们发现高温相承载的是节点结构而非螺旋，其特征是磁矩振幅逐层变化，且在每第三个Eu层中磁矩完全消失。低温结构类似于破缺螺旋，但有一个重要区别：磁结构与晶格的相对取向不固定，导致“未钉扎破缺螺旋”。由于旋转对称性破缺，轴子相并非普遍受保护。尽管如此，我们表明若通过外施单轴应变调控磁结构，该相可被恢复。最后，我们给出一个自旋哈密顿量，确定了解释EuIn$_{2}$As$_{2}$中复杂磁有序所需的自旋相互作用。我们的工作凸显了多模态方法在确定复杂序参量对称性中的重要性。