通过 4d 与 5d 掺杂在 B20 化合物中调控斯格明子

本文报道了具有 B20 晶体结构的新型磁系统中斯格明子的稳定化，主要基于理论结果。研究重点是通过取代较重的 4d 和 5d 元素对 B20 结构的 3d 子晶格进行合金化调控，旨在调节自旋轨道耦合及其对磁相互作用的影响。基于密度泛函理论的先进方法被用于计算各向同性与各向异性交换相互作用。报道了 5d 掺杂 FeSi 和 CoSi 中 Dzyaloshinskii-Moriya 相互作用的显著增强，伴随自旋刚度与螺旋度的很大改变。结合原子自旋动力学与第一性原理磁相互作用的微磁模拟揭示了所有这些系统的螺旋基态与场致斯格明子。尤其预测 Co$_{0.75}$Os$_{0.25}$Si 具有极小斯格明子 $\sim$50 nm，相比之下 Fe$_{0.75}$Co$_{0.25}$Si 为 $\sim$148 nm。凸包分析表明此处考虑的所有 B20 化合物在高温下结构稳定且应可合成。该预测通过本文讨论的 Ru 掺杂 CoSi 体系（粉末与单晶形式）的合成与结构分析得到实验证实。