反鐵磁材料因其獨(dú)特的自旋動(dòng)力學(xué)特性（如無雜散場、抗磁干擾、超快響應(yīng)等），在下一代自旋電子器件的應(yīng)用中具有巨大潛力。特別是在籠目（kagome）結(jié)構(gòu)材料中，反鐵磁序與獨(dú)特的晶格幾何阻挫特性相結(jié)合，展現(xiàn)出一系列引人注目的物理現(xiàn)象，例如反?；魻栃?yīng)、拓?fù)浠魻栃?yīng)以及自旋密度波等。與鐵磁系統(tǒng)相比，反鐵磁系統(tǒng)中磁各向異性的有效調(diào)控是個(gè)極具挑戰(zhàn)性的難題。

中國科學(xué)院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國家研究中心高鴻鈞研究員帶領(lǐng)的聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)，對新型籠目金屬GdTi3Bi4開展了系統(tǒng)性深入研究。通過極低溫磁力顯微術(shù)與矢量磁場調(diào)控技術(shù)，他們首次實(shí)現(xiàn)了溫度誘導(dǎo)的磁各向異性軸可控分岔轉(zhuǎn)變，并揭示了由此產(chǎn)生的雙向反鐵磁序及其調(diào)控機(jī)制。其主要?jiǎng)?chuàng)新性工作包括：1. 實(shí)現(xiàn)了溫度調(diào)控的磁各向異性軸分岔轉(zhuǎn)變，發(fā)現(xiàn)了在約2K處，材料的易磁化軸從高對稱性的a軸分岔為兩個(gè)偏離a軸±7°的特定方向，同時(shí)伴隨雙向反鐵磁疇的形成。2. 發(fā)展了基于矢量磁場的雙向反鐵磁序探測與操控方法，實(shí)現(xiàn)了面內(nèi)反鐵磁疇取向的可控切換，揭示了面內(nèi)反鐵磁疇的調(diào)控機(jī)制是矢量磁場改變各向異性軸之間的能量競爭關(guān)系。3. 構(gòu)建了GdTi3Bi4材料的溫度-磁場相圖，揭示了磁疇演化規(guī)律及相界演化特征。

該項(xiàng)研究首次在kagome反鐵磁體中實(shí)現(xiàn)了磁各向異性軸的可控分岔及伴隨的雙向反鐵磁序，并建立了有效的調(diào)控手段。該研究成果深化了對反鐵磁材料中磁各向異性與磁序耦合機(jī)制的理解。更為重要的是，他們通過操控磁各向異性分岔行為實(shí)現(xiàn)對反鐵磁序的精確控制，為開發(fā)基于反鐵磁材料的新型、高性能信息存儲(chǔ)和邏輯器件提供了新原理并奠定實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。

相關(guān)研究成果以“Tunable bifurcation of magnetic anisotropy and bi-oriented antiferromagnetic order in kagome metal GdTi3Bi4”為題，發(fā)表于2025年6月5日的Physical Review Letters上。物理所郭劍鋒（博士后）、朱詩雨（副研究員）、博士生周潤農(nóng)和王汝文為共同第一作者；朱詩雨副研究員、楊海濤研究員、復(fù)旦大學(xué)肖江教授和高鴻鈞研究員為共同通訊作者。物理所博士王汝文和楊海濤研究員提供了高質(zhì)量GdTi3Bi4單晶，復(fù)旦大學(xué)肖江教授進(jìn)行了理論計(jì)算與模擬，物理所程金光研究員和董曉麗研究員的團(tuán)隊(duì)參與了該項(xiàng)研究工作。該項(xiàng)目得到了國家自然科學(xué)基金、科技部、北京市科委和中國科學(xué)院等支持。

圖. (a) “量子交通燈”調(diào)控磁各向異性；(b) 矢量場調(diào)控與相圖；(c) 磁性分岔轉(zhuǎn)變原理及其伴隨產(chǎn)生的雙向反鐵磁疇結(jié)構(gòu)。

編輯：亦山