[論文レビュー] The distinction of time-reversal-like degeneracy by electronic transport in a new compound

Yi-Yan Wang, Ping Su+10 more|arXiv (Cornell University)|Feb 16, 2026

Superconductivity in MgB2 and Alloys被引用数 0

ひとこと要約

本研究は分岐カゴメCe層を有する新規化合物Ce3MgBi5を報告し、電子輸送によって識別された時間反転対称性に類似した縮退状態を明らかにする。特に1/2磁化 plateauでMRおよびホール効果にヒステリシスを示す一方、磁化ヒステリシスは現れない。

ABSTRACT

We report the discovery of a new compound, Ce$_3$MgBi$_5$, and reveal the hidden time-reversal-like degenerate states within it. Ce$_3$MgBi$_5$ is an antiferromagnet with the distorted kagome lattice of Ce atoms, in which several fractional magnetization plateaus emerge with the increase of magnetic field. At the 1/2 magnetization plateau, obvious hysteresis has been observed in the magnetoresistance and Hall resistivity during the rise and fall of the magnetic field. However, hysteresis vanishes in the corresponding measurements of magnetization, indicating the existence of degenerate states with the same net magnetization but different electronic transport properties. The degenerate states can be connected by the time-reversal-like operation. In addition, by comparing with HoAgGe, it is suggested that the special crystal structure in Ce$_3$MgBi$_5$ may have a shielding effect on the time-reversal-like operation, thereby affecting the distinction of degenerate states. Our work establishes Ce$_3$MgBi$_5$ as an example of utilizing electronic transport properties to identify and distinguish hidden symmetries in frustrated magnetic systems.

研究の動機と目的

• Ce3MgBi5の結晶構造と磁性特性を同定・特徴付ける。
• 分数磁化 plateauとその基礎スピン状態を調べる。
• 電子輸送測定を用いて隠れた時間反転様の縮退状態を検出する。
• Ce3MgBi5とHoAgGeを比較し、結晶構造効果が時間反転様作用に与える影響を理解する。

提案手法

• Ce3MgBi5の単結晶を合成し結晶構造を決定する。
• 磁化率を測定してAFM転移と異方性を同定する。
• 場依存磁化を記録して分数磁化 plateauを観察する。
• Fourつの電子輸送設定を実施し、抵抗率とホール効果を磁化とともに測定する。
• MRとホール効果のヒステリシスと磁化の関係を分析して時間反転様の縮退を同定する。
• HoAgGeと実験結果を比較し、構造的遮蔽効果について議論する。

Figure 1: (a) Crystal structure of Ce 3 MgBi 5 viewed from the $c$ -axis direction. (b) Two alternately stacked distorted kagome lattice layers composed of Ce atoms. (c) Schematic diagram of the crystal axis directions. The long axis direction is perpendicular to the distorted kagome lattice layers.

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Ce3MgBi5は輸送測定から推察される隠れた時間反転様の縮退状態を示すか。
• RQ2 MRおよびホール抵抗のヒステリシスはどの磁化 plateauで現れ、または消失し、理由は何か。
• RQ3 Ce3MgBi5の結晶積層はHoAgGeと比較して時間反転様作用にどのように影響するか。
• RQ4 トロイダルモーメントのキラリティとCe3MgBi5の電子輸送との関係はどうなるか。

主な発見

• Ce3MgBi5は歪んだカゴメCe格子を持つ反強磁性体で、いくつかの分数磁化 plateauを示す。
• 1/2磁化 plateauでMRおよびホール抵抗に顕著なヒステリシスが観測される一方、磁化ヒステリシスは現れず、隠れた時間反転様の縮退状態を示唆する。
• 縮退状態は時間反転様作用によってベリー曲率と電子輸送を変化させるが、総磁化には影響を与えない形で結びつくことができる。
• Ce3MgBi5の特異な結晶構造は時間反転様作用を遮蔽する可能性があり、HoAgGeに比べてヒステリシスを示す plateau が異なる影響を受ける。

Figure 2: (a) The ZFC-FC magnetic susceptibility of Ce 3 MgBi 5 with applying 100 Oe magnetic field in the directions of $\textbf{H}\perp bc$ , $\textbf{H}\parallel b$ and $\textbf{H}\parallel c$ . (b)-(d) The ZFC-FC $\chi(T)$ curves under various magnetic fields in these three directions. In (c) an