【摘 要】
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磁性斯格明子是一种拓扑保护的新型涡旋磁畴结构,表现出小尺寸、易被低电流驱动以及能被温度、磁场和电场等外场调控的特性,在未来高密度、高速度、低能耗磁信息存储和自旋电子学应用等领域具有潜在应用,因此受到了研究者们的广泛关注。磁性斯格明子与传导电子相互作用会产生拓扑霍尔效应,这是探究材料中是否存在磁性斯格明子的重要研究方法之一。本文系统研究了非中心对称的Cr-Mn-Ge、Co-Zn-Mn多晶、中心对称的
【基金项目】
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国家自然科学基金（项目编号:51671097）； 江西省自然科学基金（项目编号:20192ACB20004）； 赣州市科技创新人才计划（项目编号:3208000033）；
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磁性斯格明子是一种拓扑保护的新型涡旋磁畴结构,表现出小尺寸、易被低电流驱动以及能被温度、磁场和电场等外场调控的特性,在未来高密度、高速度、低能耗磁信息存储和自旋电子学应用等领域具有潜在应用,因此受到了研究者们的广泛关注。磁性斯格明子与传导电子相互作用会产生拓扑霍尔效应,这是探究材料中是否存在磁性斯格明子的重要研究方法之一。本文系统研究了非中心对称的Cr-Mn-Ge、Co-Zn-Mn多晶、中心对称的HoMn6Sn6单晶以及Mn-Cu-Ga多晶合金的磁性及输运性能,为下一代新型自旋电子学器件的开发提供了理论指导和可能的研究方向。主要结论如下:1)在非中心对称B20类型的CrGe手性磁体中,通过Mn对Cr的取代,其在低温下表现出丰富的磁结构。随着Mn取代量的增加,样品由顺磁性转变为铁磁性;Cr0.82Mn0.18Ge合金的热磁曲线在低温下出现了分叉现象,直流磁化和交流磁化率的结果表明分叉现象来源于磁畴钉扎效应;在Cr0.82Mn0.18Ge合金中获得了低磁场诱导的大的拓扑霍尔效应,其来源于非平凡的拓扑自旋结构;结合磁性、输运及交流磁化率的测量数据绘制出了磁性相图。2)非中心对称的Co-Zn-Mn合金是斯格明子相稳定存在且温度最高的非B20类型的手性磁体,在斯格明子材料的实际应用中极具潜力。通过固相反应制备了Co-Zn-Mn系列合金,室温XRD图谱表明其均为手性立方的β-Mn型的单相。磁场变化为0-2 T时,Co7Zn8Mn5合金磁熵变取得最大值0.8 Jkg-1K-1;Co7Zn9Mn4和Co7Zn10Mn3合金在0-1 T磁场变化下获得的磁熵变峰值分别为0.27 Jkg-1K-1和0.14 Jkg-1K-1。Co7Zn8Mn5合金在低温表现出重入自旋玻璃行为;在极宽温区内观察到大的拓扑霍尔效应。拓扑霍尔电阻随温度的降低而增大,在10 K得到了最大值-2.1μΩcm。在210 K-220 K的温度区间,由斯格明子和非共面的自旋结构共同贡献产生拓扑霍尔效应,而在210 K以下来源于与非共面磁结构相关的标量自旋手性。3)中心对称的HoMn6Sn6单晶具有二维的Kagome结构,是在非共线磁体中理解Berry曲率与本征的反常霍尔电导率之间联系的理想平台,具有重要研究意义。通过助熔剂法制备了高质量的HoMn6Sn6单晶,XRD图谱表明其为六角结构的单相。磁性测量结果表明HoMn6Sn6单晶随着温度的升高,存在从易轴到易平面的自旋重取向转变。通过四线法进行了电输运的表征,在HoMn6Sn6单晶中观察到了由本征的K-L机制主导的反常霍尔效应,并获得大的反常霍尔电导率(?xyint～118.6Ω-1cm-1)和霍尔角(σAxy/σxx～2.4%)。4)中心对称的Mn-Cu-Ga合金具有非共线的磁结构,表现出丰富的磁功能性质,具有重要的科学研究价值。本文通过Cu取代系统研究了Mn-Cu-Ga合金的低温的磁性质。(Mn0.7Cu0.3)65Ga35合金的热磁曲线在170 K附近表现出鼓包,这来源于倾斜亚铁磁相到更无序的非公度磁性相的相变。热磁曲线在低温表现出明显的不可逆现象。(Mn0.7Cu0.3)65Ga35合金在低温下表现出磁弛豫效应、磁记忆效应,以及对交流磁化率的实部曲线的拟合结果,这些结果都表明其低温下为超自旋玻璃态,并且符合分层模型。在(Mn0.7Cu0.3)65Ga35合金中观察到巨交换偏置效应,最大偏置场为308.4 m T。研究表明交换偏置效应来源于类铁磁与超自旋玻璃相之间的强烈的交换耦合作用。在(Mn0.7Cu0.3)65Ga35合金中获得了非共面的磁结构诱导的近室温的大拓扑霍尔效应。
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