层状金属铁磁体 LaCrSb3 中非常规磁性的铁磁共振谱学证据:正交铁磁与反铁磁子晶格的共存

《Advanced Physics Research》:Signatures of Unconventional Magnetism in the Layered Metallic Ferromagnet LaCrSb3 From Ferromagnetic Resonance Spectroscopy

【字体: 大 中 小 】 时间:2026年11月04日 来源:Advanced Physics Research 3.4

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  LaCrSb3 是一种具有层状晶体结构的金属性铁磁体(ferromagnet),展现出巨反常霍尔效应(anomalous Hall effect)、强自旋晶格倾斜(spin canting)以及奇异的自旋重取向转变(spin-reorientation tra

  
LaCrSb3 是一种具有层状晶体结构的金属性铁磁体(ferromagnet),展现出巨反常霍尔效应(anomalous Hall effect)、强自旋晶格倾斜(spin canting)以及奇异的自旋重取向转变(spin-reorientation transition)等引人关注的电磁性质。研究人员报道了宽频微波、宽磁场与变温条件下的温度依赖X射线衍射(XRD)、静态磁化强度测量,特别是电子自旋共振(ESR)与铁磁共振(FMR)实验结果。尽管X射线数据在降至15 K时未显示结构相变,但在铁磁转变温度 TC≈126 K 附近检测到强磁弹性耦合(magneto-elastic coupling)。ESR结果表明存在准静态短程关联,其一直延伸至远高于 TC 的区间,这是低维磁性的典型特征。在 TC 以下绘制的FMR模式频场(frequency-field)图强烈暗示 LaCrSb3 中存在两个磁子晶格(magnetic sublattices)。研究人员在早先为解释中子衍射所观测强自旋倾斜而提出的正交铁磁与反铁磁(antiferromagnetic)相互作用子晶格唯象模型框架内,定量理解了FMR激发,FMR结果佐证了该图像,并指出需发展 LaCrSb3 非常规磁性背后的微观模型。
研究背景方面,二维层状过渡金属化合物近年成为凝聚态物理与自旋电子学的重要平台。LaCrSb3 作为层状金属铁磁体,此前已表现出大反常霍尔电导、明显磁各向异性与约36°的自旋倾斜,中子衍射提示其磁有序不能由普通单子晶格铁磁体完全解释。已有工作猜想材料中存在局域与巡游电子贡献的共存,但缺乏自旋动力学层面的直接谱学验证,因此研究人员开展此项工作以厘清其非常规磁性起源。
关键技术方法方面,研究人员使用助熔剂法生长 LaCrSb3 单晶,并以粉末样品作补充;通过变温粉末X射线衍射表征结构演变,用 SQUID 磁强计测量单晶静态磁化率与磁化强度;借助固定X波段、1–67 GHz 扫频 ESR 以及 75–330 GHz 高频 ESR 谱仪,在宽频场温区获取共振响应;最后基于线性自旋波理论(LSWT),利用 SpinW 数值求解正交铁磁/反铁磁子晶格唯象交换模型。
结构与静态磁性质研究中,粉末X射线衍射显示至15 K无结构转变,但晶格参数在 TC 附近出现反常,热膨胀系数呈负峰值,证明强磁弹性耦合。静态磁化表明 TC≈126 K,易面为 ab 面,b 轴与 c 轴存在弱面内各向异性,有效磁矩小于自由 Cr3+ 理论值,提示巡游性。
ESR/FMR 谱学研究中,高频 ESR 在顺磁态给出 g≈2 的准自由自旋因子;降温至远早于 TC 时共振线即偏离顺磁位置,说明存在准静态短程铁磁关联。TC 以下 FMR 频场图由单支分裂为两支,单晶与粉末数据相互印证,无法用单子晶格铁磁体解释。
讨论部分指出,FMR 双支结构要求至少两个相互作用磁子晶格。研究人员采用共存的正交铁磁与条纹型反铁磁子晶格唯象模型,设定各向异性交换张量与子晶格间耦合,输入中子衍射所得有序矩,数值得到两条非简并低能均匀进动模,与实验分支定量吻合。
结论部分可归纳为:LaCrSb3 在 TC 以下存在由相互作用正交铁磁与反铁磁子晶格叠加形成的非常规磁性态;ESR 揭示其低维短程关联延续至居里温度以上;FMR 双模分裂为该两子晶格图像提供动力学证据,支持中子衍射的大角度自旋倾斜机制,并呼吁建立相应的微观理论。
你想先深入讨论FMR双支分裂的物理含义,还是两子晶格唯象模型的参数敏感性?
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