中国科学院合肥物质科学研究院强磁场科学中心坐落于安徽省合肥市风景秀丽的科学岛，2008年4月30日经中国科学院批准成立，依托中国科学院合肥物质科学研究院管理（科发人教字〔2008〕133号），其前身是2005年12月20日成立的“合肥强磁场科学技术研究中心”。中心目标：发展... 更多简介 +
稳态强磁场实验装置（Steady High Magnetic Field Facility，简称SHMFF）是国家发改委支持的“十一五”国家重大科技基础设施。SHMFF法人单位是中国科学院合肥物质科学研究院，共建单位是中国科学技术大学。各项任务以中国科学院强磁场科学中心为依托... 更多简介 +
近日，中科院合肥物质科学研究院强磁场科学中心联合安徽大学利用稳态强磁场实验装置相关实验平台，在磁性拓扑绝缘体物性研究方面取得新进展。相关论文以“Magnetic properties of the layered magnetic topological insulator EuSn2As2”为题发表在Physical Review B上。
本征磁性拓扑绝缘体相比于稀磁掺杂的拓扑绝缘体组分更加均匀，更容易在相对高的温度范围内实现量子反常霍尔效应等丰富量子物态，成为近几年凝聚态物理领域研究的热点。近年来，基于MnBi2Te4家族本征磁性拓扑绝缘体的奇异量子物态探索取得了很大进展，比如量子反常霍尔效应、轴子绝缘态以及它们之间的量子转变等。EuSn2As2是除MnBi2Te4家族以外少数已经理论预言和研究证实的本征磁性拓扑绝缘体。EuSn2As2具有稳定结构相和准二维层状结构，其低温磁基态是A型反铁磁结构。EuSn2As2内部磁有序与拓扑电子态相互作用可能导致丰富的量子态，但实验上奇异量子效应的实现还未达到人们预期。
研究团队通过自助溶剂方法制备出高质量EuSn2As2单晶，开展了高磁场下的磁化强度和电输运性质研究。前期试验发现EuSn2As2的磁化强度在磁场约3-5T区域出现磁化平台，但随着磁场增大到7T，研究人员发现仍有继续上翘的迹象。利用强磁场科学中心稳态强磁场实验装置的低温测量平台，研究团队得以将磁化测量和电输运的最高磁场拓展到16T。研究发现在温度2K，磁场方向平行于c轴时，磁化强度曲线在磁场大小为4.6T时出现磁化平台，磁化强度大小约为∼5.6μB/Eu，这与之前的报道结果一致。但随着磁场进一步增大，磁化强度曲线缓慢上翘，在磁场为10T时基本饱和(大小∼6.6μB/Eu)，产生第二个磁化平台并一直持续到最高磁场14T。与此同时，磁阻曲线也在相应的临界磁场处产生拐点，随着磁场增大从负磁阻转变为正磁阻(如图(a)和(b)所示)。当磁场方向平行于ab面时，观察到类似的磁化强度与磁阻现象(如图(c)和(d)所示)。这些结果说明随着磁场的增大，EuSn2As2经历了复杂的磁相变，从低磁场A型反铁磁态转变为倾斜的铁磁态(canted ferromagnetic state)，随着磁场的进一步增大最终转变为完全极化的铁磁态，这与MnBi2Te4家族的磁相变非常类似。这为理解EuSn2As2在高磁场下的磁结构以及电输运性质提供了实验基础，丰富了EuSn2As2的磁结构相图。此外，霍尔电阻测量还在磁相变临界磁场处观察到了反常的霍尔电阻现象，说明EuSn2As2内部局域磁有序与输运电子态之间的耦合是不可忽略的，这也为后续探索和调控量子反常霍尔效应等新奇量子现象提供了积极信号。
安徽大学与强磁场中心联合培养博士生李慧杰（导师为田明亮研究员）为本论文第一作者，安徽大学高文帅副教授、强磁场中心朱相德研究员为共同通讯作者。本研究工作得到了国家重点研发计划、大科学装置联合基金、国家自然科学基金和中科院青年创新促进会等基金的支持。
论文链接：https://journals.aps.org/prb/abstract/10.1103/PhysRevB.104.054435
(a)和(b):磁场平行于c轴时，不同温度下的磁化强度曲线和磁阻曲线。
(c)和(d):温度为2K，磁场分别平行于c轴和ab面时的磁化强度曲线和磁阻曲线。
© 1996 - 强磁场科学中心 版权所有 皖ICP备05001008号-11
地址：安徽省合肥市蜀山湖路350号 邮编：230031 电话：0551-65591149 传真：0551-65591149 邮箱：chmfl@hmfl.ac.cn
表格下载