用螺旋隧穿技术探测二维d波反铁磁体的原子级自旋

文章标题为《通过螺旋隧穿对二维d波交错磁体进行原子尺度自旋探测》。论文研究一种名为交错磁体的新型磁性材料：它整体没有普通磁铁那样的净磁化，但内部不同空间位置或不同动量电子态上的自旋会按一定规律交替反向排列。这种磁序的晶体对称性把真实空间中自旋相反的子晶格联系起来，并在动量空间中让对称相关的电子态具有交替自旋极化。要用实验确认这种磁序，必须同时能在真实空间和动量空间中、以原子尺度灵敏地探测自旋，而这是此前尚未完成的实验目标。 研究人员把表面层具有二维d波交错磁序的材料KV2Se2O作为对象，并利用另一种高阶拓扑绝缘体α-Bi4Br4的螺旋边缘态，把它变成一种对自旋方向特别敏感的扫描隧道显微探针。通俗地说，螺旋边缘态像一条能按电子自旋方向选择性传输的边界电子通道，因此可以被用来读取KV2Se2O表面自旋状态。 在原子尺度配准的图像中，他们确定了两个钒子晶格之间的空间对应关系，发现一种密度波式晶格调制，并看到与棋盘状反铁磁秩序相吻合的实空间图案。随后，在磁场依赖谱学测量中，他们发现沿两条互相垂直晶体轴传播的单方向准粒子激发会呈现相反的能量移动，而且磁响应主要表现为垂直于膜面的方向。最后在动量空间中，自旋敏感的准粒子干涉成像显示出对称配对的X谷和Y谷之间随偏压反向而变化的d波各向异性。这些来自不同测量方法的证据相互支持，证明KV2Se2O表面存在二维d波交错磁体，并说明通过螺旋边缘态进行隧穿探测可以成为量子材料中原子尺度自旋测量的一条新途径。