（北京航空航天大学）

摘要：

自旋系统中的阻挫会导致奇异物态的形成[1]。在具有烧绿石结构的自旋冰Dy2Ti2O7中，Ising自旋的排列服从局部“冰规则", 使得空间孤立磁单极子的数量最小化，类似于水形成的冰中的电偶极子[2]。在2D平面内，可以类似地定义排列在kagome晶格上的Ising自旋的冰规则，要求每个三角形片具有单个磁单极子，并且可以导致各种独特的磁有序和激发[3,4]。

结合低温磁性和热力学测量、单晶中子散射和蒙特卡罗(MC)模拟，我们发现了HoAgGe作为第一个实现kagome自旋冰态的自然化合物，随着温度下降，体系经过一个部分磁有序相(partial order)，最终在4K以下进入kagome自旋冰的基态[5]。

当T=2K时, 沿kagome平面的b轴(定义为六方晶格的[120]晶向)施加磁场(H//b)，磁化曲线上出现了1/3，2/3和完全极化态等一系列磁平台，并且1/3，2/3磁平台上的磁矩大小随着升场和降场完全一致，但是反常霍尔效应(AHE)和纵向磁阻曲线出现了明显的回滞[6]。

通过中子衍射实验，确定了1/3和2/3磁平台上的简并态磁结构[5]，并进一步确定了连接这些准简并态的类时间反演操作(time-reversal-like operation)，其与HoAgGe中kagome晶格的非平凡畸变密切有关。利用最小紧束缚模型计算了相应的物理性质，揭示了一类特殊非共线磁结构，在具有相同能带结构的情况下，表现出由不同的Berry phase导致的奇特物理行为，包括不同的AHE、线性磁电阻和轨道磁化等。我们的工作证明了反常霍尔效应及其相关输运现象在揭示金属阻挫自旋系统中隐藏对称性方面的独特作用[6]。

参考文献：

[1] Bramwell, S. T., and Gingras, M. J. P. Science 294, 1495–1501 (2001)

[2] Castelnovo, C., Moessner, R. & Sondhi, S. L. Nature 451, 42–45 (2008)

[3] Möller, G., and Moessner, R. Phys. Rev. B 80, 140409 (2009)

[4] Chern, G.-W. et al. Phys. Rev. Lett. 106, 207202 (2011)

[5] Zhao, K. et al. Science 367, 1218–1223 (2020)

[6] Zhao, K. et al. Nature Physics (2024)

(https://doi.org/10.1038/s41567-023-02307-w)

报告人简介:

赵侃，北航物理学院教授、博士生导师，工信部国家级海外青年人才。2013年中国科学院物理研究所靳常青研究员课题组取得博士学位，2013至2021年在德国哥廷根大学和奥格斯堡大学进行博士后研究，2014至2016年德国洪堡学者。紧密围绕强关联量子磁性研究主题开展研究工作，在新材料探索、单晶生长、低温物性测量，以及中子散射方面积累了比较丰富的研究经验。以第一/通讯作者发表研究论文12篇，包括Science 1 篇、Nature Physics 1篇、Nature Comm.1篇、Phys. Rev. B 6篇。在2021年APS March Meeting作邀请报告。相关研究工作获得2018年中国材料研究学会科学技术一等奖，排名4/8；2022年北京市自然科学一等奖，排名4/8。

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