卡戈梅金属中自旋贝里曲率增强轨道塞曼效应的观察

在固体材料中，磁性通常来源于电子自旋的排列。例如，在铁磁性铁中，总的净磁化强度是由同一方向上的自旋排列引起的。

近年来，物理学家和材料科学家已经确定，由于拓扑因素，磁性在材料中产生的方式不同。自那以后，许多研究的目的都是发现能够展现这些非传统磁性形式的新材料。

波士顿学院、加利福尼亚大学圣巴巴拉分校、沃尔茨堡大学和其他研究所的研究人员最近在双层卡戈米金属中观察到拓扑起源的磁性，即TbV₆锡₆.他们的纸张，发布于自然物理学，揭示了TbV中自旋贝里曲率增强的巨大轨道塞曼效应₆锡₆.

该论文的合著者Ilija Zeljkovic告诉Phys.org：“在一些新材料中，磁性可以以其他方式出现，例如电子带的拓扑结构。”。

“一些电子态可以获得一种称为Berry曲率的性质，这反过来会导致与特定电子态相关的轨道磁矩。有趣的是，这种轨道磁矩可能很大，远大于单个自旋的磁矩。”

Zeljkovic及其同事最近的研究的主要目标是探测以前工作中报告的特殊轨道矩，特别是在卡戈梅材料TbV中₆锡₆此外，他们希望更好地了解这些力矩是如何对磁场作出反应的。

Zeljkovic说：“一般来说，由于晶格的几何形状，可以自然产生拓扑无色散平坦带和Dirac点，线性色散带交叉的特殊点，所以人们建议Kagome材料表现出这些特性。”。“如果狄拉克点有间隙，则在狄拉克点附近的贝里曲率和自旋-贝里曲率往往很大，这会导致较大的轨道磁矩，并有助于观测。”

研究人员检测了他们的TbV₆锡₆使用扫描隧道显微镜和光谱学（STM/S）技术进行采样。该技术需要使用靠近样品表面的尖锐金属尖端（即在几埃内）来测量作为尖端位置函数的隧穿电流。

Zeljkovic解释说：“隧穿电流包含关于电子态密度（DOS）的信息，或者在任何给定能量下我们有多少电子态可供电子占据。”。“我们使用STM对DOS进行了空间光谱映射，以将电子状态映射为能量和动量的函数。”

Zeljkovic和他的同事随后以磁场为重点重复了同样的实验，目的是揭示这些电子态在磁场中的演化。第二次实验最终使他们能够提取出与单个电子态相关的轨道磁矩。

Zeljkovic说：“我们发现狄拉克点附近的轨道磁矩比与电子自旋相关的磁矩大数百倍。”。“我们还可视化了自旋-贝里曲率相反的简并电子态如何在磁场中沿相反方向变形，这一现象我们称之为轨道塞曼分裂。”

研究人员观察到，他们的样品中电子带简并度的分裂惊人地大，其大小根源于其巨大的潜在自旋-贝里曲率。他们的实验结果后来被一系列理论计算所证实。

这组研究人员最近的工作收集了对拓扑起源的非常规磁状态的有趣见解。未来，他们的发现可能会激发进一步的研究工作，研究由Berry曲率驱动的其他大轨道磁矩，例如之前在一些石墨烯结构中观察到的磁矩。

Zeljkovic补充道：“在我们研究的材料中，大的轨道磁矩与远离费米能级的状态有关。”。“如果可以调整材料电子态例如，通过应变或化学掺杂，可以在费米能级附近出现，这些力矩可能会产生轨道磁性，其他实验探针也可以检测到这种磁性，并可能对器件的后续应用有用。"

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