发现金属室温d波交错磁体KV₂Se₂O | 进展

作为一类新型磁性材料，交错磁体的核心特征在于零净磁化强度和动量依赖自旋劈裂的能带结构，突破了传统铁磁体与反铁磁体的分类框架。角分辨光电子能谱（ARPES）测量首先在半导体材料MnTe和MnTe2中观测到自旋劈裂的能带结构，实验上确认了交错磁体的存在。相比之下，金属性的交错磁体不仅为研究低能准粒子激发提供了独特的平台，同时在自旋电子学应用方面具有巨大潜力。

中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心EX7组、T03组、SC10组和EX1组等多个课题组合作，通过系统的实验测量与理论计算，在KV2Se2O中揭示了金属性室温交错磁体的存在，并阐明了其独特的d波自旋–动量锁定特性及自旋密度波转变。

图：a，KV 2 Se 2 O的晶体结构、磁结构和温度依赖核磁共振谱；b，理论计算和ARPES测量的电子结构及自旋极化ARPES数据。

KV2Se2O具有层状的晶体结构，其中V和O原子形成V2O平面。核磁共振谱测量表明，V原子在室温以上形成长程磁有序，自旋沿c轴反平行排列，并在100K附近发生自旋密度波转变。ARPES实验解析出KV2Se2O的电子能带结构，结合不同磁结构下的能带计算，发现交错磁有序的计算能带结构与实验结果高度吻合。研究团队进一步开展自旋分辨ARPES测量，观测到具有d波对称性的动量依赖自旋极化，为KV2Se2O交错磁性的存在提供了确定性证据。能带计算表明，KV2Se2O在费米能级处的自旋劈裂高达1.6eV，这是目前已知交错磁体材料中的最高记录。此外，ARPES实验在自旋密度波相中观测到嵌套的准一维费米面打开各向同性的能隙，表明费米面嵌套是驱动自旋密度波转变的关键因素。

该研究成果以“A metallic room-temperature d-wave altermagnet”为题，于2025年3月18日在线发表于Nature Physics。物理所博士生江北、胡明哲、白建利、宋子寅和博士后牟超为共同第一作者，物理所钱天研究员、翁红明研究员、李航副研究员、陈根富研究员和李政副研究员为通讯作者。合作者还包括物理所李世亮研究员、何伦华研究员、雒建林研究员、魏忠旭副研究员、北京大学彭莹莹助理教授、南方科技大学孙煜杰副教授等。本研究得到科技部重点研发计划、国家自然科学基金委和中国科学院等科研项目的资助，并依托怀柔综合极端条件实验装置、上海同步辐射光源和中国散裂中子源完成相关实验。

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