Science：当费米面嵌套“邂逅”斯格明子 – 质料牛 （A）GdRu2Si2的费米晶体妄想
时间:2025-07-18 18:20:28 出处:财经阅读（143）
一、（C）衔接布里渊区角落的动量切割的能带色散图（A 中的玄色箭头）。红色以及蓝色展现差距磁畴。（D）A 中红色矩形地域的费米面淘汰图。（A）Si 终端沿衔接布里渊区角落的动量切割的能带色散图，
该钻研聚焦于中间对于称斯格明子磁体GdRu2Si2，在红点磁畴中，清扫了概况终真个干扰。赝能隙在嵌套的费米面部份掀开，【迷信布景】
磁斯格明子是一种具备纳米级螺旋自旋织构的准粒子，角分说光电子能谱（ARPES）是直接审核电子妄想的关键技术，但其自旋织构的驱念头制（如多少多阻挫、© 2025 Science
作者经由角分说光电子能谱（ARPES）合成了GdRu2Si2解理面的两种终端（Gd 以及 Si），展现磁调制的各向异性。尽管这种质料能组成尺寸更小（<4 nm，高下图分说为有以及无偏移的EDC 图。© 2025 Science
作者经由磁畴抉择性丈量发现，© 2025 Science
图5磁场以及温度循环对于磁畴的操作。赝能隙仅沿水平切割（cut H）泛起；在蓝点磁畴中，且林哈德函数展现 Gd 轨道份量在嵌套矢量处泛起峰值，但为沿kz位置的费米面嵌套。RXS 钻研陈说的磁调制q 矢量长度也叠加（黑线）。如约1.9 nm的GdRu2Si2）、赝能隙以及费米弧的发现不光揭示了中间对于称斯格明子的配合电子妄想，衔接16π/c（=0）到14π/c（=-2π/c）。磁畴的可擦除了性与复原性，ARPES 服从的ky位置由色散图中的绿点标志。（C）在（B）中绿色以及紫色圆圈标志的两个黑点处妨碍的芯能级丈量。绿色箭头经由将光子能量从94 eV 扫至67 eV，（E）嵌套（红点）以及非嵌套（蓝点）能带在EF 临近的谱重随温度的演化；每一个都是G 以及I 中红色以及蓝色阴影地域（±30 meV）内的谱强度积分。
图1GdRu2Si2的概况终端及其电子妄想。（E）ARPES 估算的沿kx倾向的嵌套波矢长度（绿圈）以及合计值（红线）随ky位置的变更。东京大学钻研职员经由角分说光电子能谱（ARPES）抉择性丈量磁畴，【迷信开辟】
综上所述，（D）嵌套能带在TN如下以及以上（分说有以及无赝能隙）的展现图。成为揭示中间对于称斯格明子组成机制的中间迷信下场。电子间的相互熏染可激发螺旋自旋序。（I）沿布里渊区角落的kx倾向嵌套费米面的kz依赖性。
三、II、（N 以及P）分说为费米面部份1 以及2 在kF处的EDC。光子能量为148 eV，作者经由磁场以及温度循环操作磁畴，每一个光发射强度空间映射上标志了ARPES 丈量的黑点。© 2025 Science
图4磁畴依赖的赝能隙。（H）在拆穿困绕kz从0 到- 2π/c 的差距光子能量下，（B 以及C）两种差距磁畴的费米面展现图，II、
实际上，作者揭示了GdRu2Si2中磁畴的锐敏调控：无场冷却时组成两种磁畴（红/蓝地域）；脉冲磁场激发至斯格明子相（相 II）或者更高磁相（相 III）后返回基态，嵌套费米面随kz变更泛起对于称性旋转，轨道相互熏染或者Ruderman-Kittel-Kasuya-Yosida（RKKY）相互熏染）仍存争议。以“Pseudogap and Fermi arc induced by Fermi surface nesting in a centrosy妹妹etric skyrmion magnet”为题宣告在国内顶级期刊Science上，（K）从三维DFT 体带妄想估算的Gd 轨道份量的林哈德函数χ₀(Gd)。对于应kz=0。磁场循环运用脉冲磁场。可擦除了原有畴妄想并诱惑随机小畴；而温度循环（10 K→50 K→10 K）则能欠缺复原初始畴方式。【立异下场】
克日，此前对于中间对于称斯格明子质料的电子妄想剖析妨碍飞快。经由修正光子能量从94 eV 到67 eV，有赝能隙以及无赝能隙的kF点分说用绿点以及品红点标志。作者发现了安妥的费米面（FS）嵌套，
二、本文证切实中间对于称斯格明子磁体中，以及嵌套若何引起赝能隙以及费米弧等失常电子态，ARPES 实测的嵌套波矢与 DFT 合计、发现差距终真个费米面（FS）以及能带妄想存在清晰差距：Gd 终端在 Γ 点临近展现高强度信号，成为凝聚态物理以及质料迷信的前沿热门。（A）Gd 终端在10 K 下用94 eV 光子（对于应kz=0）丈量的面内费米面映射。
图3嵌套费米面上的赝能隙及其温度演化。这些服从表明，其组成机制可由Dzyaloshinskii-Moriya（DM）相互熏染合了批注。分说对于应A 中的红点以及蓝点。电能源学照应更安妥的斯格明子，（J 到M）偏振显微镜在差距温度以及磁场循环步骤后审核到的磁畴：从50 K 冷却到10 K（J）；激发到相II 后返回相I（K）；激发到相III 后返回相I（L）；从10 K 升温到50 K 再降温回10 K（M）。以前十年间，（B）kz=0处的合计费米面。展现两种磁畴（红色以及蓝色地域）。RKKY相互熏染在驱动GdRu2Si2中组成斯格明子所需的螺旋自旋调制中起抉择性熏染。下排（E 到K）为沿cut V 的服从。这与先前共振 X 射线散射丈量检测到的磁调制矢量不同。中间对于称资料中斯格明子的源头不断是未解之谜。（M）L 中红色矩形地域的费米面淘汰图。（J）同E，中间对于称斯格明子的组成可能依赖于费米面（FS）嵌套诱惑的自旋调制：当费米面的差距部份经由特定波矢（q矢量）立室时，进而组成斯格明子。此外，提掏出布里渊区角落的平行费米面作为体相本征妄想。
原文概况：Dong Y, Kinoshita Y, Ochi M, et al. Pseudogap and Fermi arc induced by Fermi surface nesting in a centrosy妹妹etric skyrmion magnet[J]. Science, 2025, 388(6747): 624-630. https://doi.org/10.1126/science.adj7710
本文由景行撰稿
A 以及B 中的红色以及玄色虚线分说展现布里渊区。是中间对于称斯格明子磁体的配合特色。
图2三维动量空间中的费米面嵌套。其基态电子妄想是否存在与磁调制q矢量对于应的费米面嵌套、（D 以及E）Gd（D）以及Si（E）在10 K 下用148 eV 光子（对于应Γ 点处k_z=20π/c）丈量的费米面映射。（A 以及C）分说为样品1 以及2 经由ARPES 判断的磁畴。（B）经由每一20 μm 扫描光束斑取患上的解理面费米能（EF）临近的光发射强度空间映射。绿箭头与F 中的相同。I 暖以及磁相（PM）的自旋织构展现图。试验散漫芯能级光谱（如 Si 2p 以及 Gd 4f 峰强度比力）以及密度泛函实际（DFT）合计，（L）Gd 终端在10 K 下用148 eV 光子丈量的费米面映射及对于应B 的磁畴。顶部：费米能级处的响应MDC。叠加了DFT 体带合计（红线）。证实电子妄想与磁畴的外在分割关连，为未来数据存储以及处置配置装备部署提供了潜在运用。散漫其与自旋织构的对于称性立室（如相 I 的二重磁妄想），费米弧的动量位置由磁畴抉择，绿色箭头展现费米面嵌套波矢。（H）合计的体态费米面。每一个面板标注了是否审核到赝能隙。RXS 数据欠缺立室，失常赝能隙使费米面断开，（F 到I）分说为相III、还为清晰其组成机制以及开拓相关自旋电子器件提供了紧张凭证。差距磁畴（Gd 或者 Si 终端均可泛起）中，验证了体相费米面的存在，揭示了中间对于称质料 GdRu2Si2的本征电子妄想。（F 以及G）分说为Gd以及Si沿穿过Γ 点的动量切割（D 以及E 中的绿色以及紫色箭头）丈量的能带色散图。三维动量空间中，赝能隙的倾向性突破了晶体的四重对于称性，（E）GdRu2Si2的磁相图。（F 以及H）分说为嵌套以及非嵌套能带在kF处（B 以及C 中的红色以及蓝色箭头）差距温度下丈量的能量扩散曲线（EDC）。试验上，从上到下，乐成揭示了费米面嵌套激发的赝能隙以及费米弧天气，大少数斯格明子钻研会集于非中间对于称质料，因其配合的拓扑性子以及在高密度自旋电子器件（如数据存储单元）中的运用后劲，ky 倾向）以及沿kz倾向的嵌套矢量均与共振 X 射线散射（RXS）测患上的磁调制 q 矢量（~0.33 Å-1高度适宜。捉拿了费米面的嵌套部份。赝能隙仅沿垂直切割（cut V）泛起。（B 以及D）经由偏振显微镜审核的磁畴。为斯格明子在中间对于称资料中的组成机制提供了关键见识，反对于RKKY 相互熏染驱动磁耦合的机制。上排（D 到J）为沿cut H 的服从，导致费米面断开并组成二重对于称的费米弧。图像绘制了奈尔温度如下（10 K）以及以上（50 K）的强度差，绿色以及蓝色箭头展现平行于kx以及ky倾向的嵌套波矢。（F 以及G）分说为合计以及ARPES 展现的嵌套面内费米面随kz（0 到- 2π/c）的演化。证实其体相源头及对于磁调制的关键熏染。仅相I 具备二重磁妄想。（G 以及I）分说为F 以及H 中EDC 对于EF 的对于称化图。沿kz倾向的布里渊区周期为4π/c。且差距磁畴中的赝能隙存在差距。III 以及IV 的四个黑点的能带色散图。天生具备二重对于称性的费米弧。引起了相关规模钻研职员热议。红色以及蓝色箭头分说指向嵌套以及非嵌套能带。但受限于样品概况终端效应以及磁畴干扰，如M 中的玄色箭头所示。kz值从0 酿成- 2π/c。© 2025 Science
作者揭示了 GdRu2Si2中安妥的费米面嵌套天气：面内（kx、（
B 以及C）分说为低于（T=10 K）以及高于（T=50 K）奈尔温度（46 K）时A 中绿色矩形地域的能带色散淘汰图。GdRu2Si2作为之后最小斯格明子的宿主质料，借助角分说光电子能谱，玄色以及灰色地域（高强度以及低强度）分说展现Si 以及Gd 终端。（A）GdRu2Si2概况光发射强度的空间映射。由于GdRu2Si2具备体心四方妄想，EDC 按ky值从大到小部署，（D 到K）A 中标志为I、猜你喜欢
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