压力稳定的kagome铁磁体LiMn6Sn6中反常霍尔效应与磁性的关联机制研究

研究人员针对kagome磁体LiMn6Sn6在极端压力下的电子输运与磁性调控难题，通过同步辐射X射线衍射、宽场NV中心磁强计和密度泛函理论（DFT）计算，揭示了其60 GPa下仍保持六方相结构稳定性，发现压力通过能带展宽削弱自旋极化与磁相互作用，为拓扑磁性材料设计提供了新思路。

　　

论文解读

在凝聚态物理领域，kagome晶格材料因其独特的几何阻挫和能带拓扑特性，成为探索量子现象的理想平台。其中，Mn基kagome化合物RMn₆Sn₆家族展现出丰富的磁拓扑效应，如自旋极化狄拉克色散和反常霍尔效应（AHE）。然而，这类材料通常以反铁磁有序为主，限制了AHE的应用潜力。LiMn₆Sn₆因其室温以上铁磁性（T_c≈382 K）和超高AHC（380 Ω^?1·cm^?1）脱颖而出，但高压下其磁性与电子态的关联机制尚不明确。

为解决这一问题，中国科学技术大学等单位的研究人员通过多尺度实验与理论计算，系统研究了LiMn₆Sn₆在60 GPa极端压力下的结构稳定性、AHE演化及磁性响应。研究发现其六方相在高压下无相变，但AHE随压力增加逐渐减弱，磁性成像证实铁磁序的持续存在。该成果发表于《Applied Materials Today》，揭示了压力通过能带展宽调控自旋极化的新机制。

关键技术方法
研究采用自熔法生长单晶，通过同步辐射X射线衍射（上海光源15U1线站）分析结构稳定性；利用金刚石对顶砧（DAC）结合宽场氮空位（NV）中心磁强计实现微米级空间分辨的磁性成像；结合密度泛函理论（DFT）计算高压能带结构演变。

研究结果

1. 结构稳定性：同步辐射XRD显示，LiMn₆Sn₆在60 GPa下仍保持六方相（空间群P6/mmm），晶格参数a=b=5.497 ?，c=9.026 ?，无结构相变。
2. 电子输运特性：1.8-67 GPa压力范围内，AHE信号随压力升高线性衰减，表明压力抑制了自旋极化输运。
3. 磁性行为：NV磁强计成像显示，尽管磁化强度随压力降低，但铁磁序在60 GPa下仍稳定存在，未出现磁相变。
4. 理论机制：DFT计算揭示压力诱导的能带展宽导致Mn-3d电子态重叠增强，削弱了自旋极化率和磁交换作用，从而降低AHC。

结论与意义
该研究首次在原子尺度阐明了kagome磁体LiMn₆Sn₆的高压响应机制：结构刚性保障了磁序稳定性，而能带拓扑调控主导了AHE的压力依赖性。这一发现不仅为设计压力稳定的拓扑磁电器件提供了材料基础，还拓展了通过力学刺激调控量子物态的新途径。宽场NV磁强计技术的成功应用，更为极端条件下微观磁学研究树立了范例。