[論文レビュー] Uniaxial strain tuned magnetism of the altermagnet candidate h-FeS

Weiliang Yao, Feng Ye+10 more|arXiv (Cornell University)|Feb 16, 2026

Iron-based superconductors research被引用数 0

ひとこと要約

研究は、面内一軸圧縮ひずみが六方 FeS における自発的異常ホール効果と小さな c 軸磁化モーメントの両方を抑制し、面内磁気ドメインの再平衡とスピンカンティングの低減を通じて示す。輸送、磁化、ニュートロン回折、非弾性中性子散乱によって明らかになる。

ABSTRACT

Altermagnets are collinear magnetic materials with 'alter'nating local crystalline environments, characterized by joint spin and crystalline symmetries that enable ferromagnetic-like transport properties but with vanishing net magnetization. Hexagonal FeS (h-FeS) is a recently identified altermagnet candidate that shows a spontaneous anomalous Hall effect (AHE) accompanied by a tiny net magnetization. Here, we show that both the spontaneous AHE and magnetization can be effectively suppressed by an in-plane compressive strain. Since neutron diffraction measurements show that the applied uniaxial strain only modifies the in-plane domain population but does not affect the in-plane magnetic structure, the major effect of the applied strain is to tune the small $c$-axis ferromagnetic moment. Our results demonstrate a strong correlation between the tiny net magnetization and the spontaneous AHE in h-FeS, and show that uniaxial strain provides an effective knob to tune both properties in this altermagnet candidate for spintronic applications.

研究の動機と目的

• h-FeS における面内一軸ひずみが自発的異常ホール効果に与える影響を調べる。
• ひずみが微小な net 磁化と AHE を同時に変化させるかを決定する。
• ひずみ下でのスピンカンティング、ドメイン構造、磁歪効果の関係を解明する。

提案手法

• 面内一軸ひずみ下での電気伝導測定により自発的 AHE 成分を抽出する。
• c軸方向の磁化測定によってひずみ誘発の磁気モーメントの変化を定量化する。
• ひずみ下でのニュートロン回折により磁気ドメイン集団と面内磁気構造を監視する。
• 非弾性中性子散乱を用いてスピン波ギャップとひずみ依存性を調べる。
• 局所 Fe 配位と SOC 効果のひずみ誘起変化を解釈するための対称性と結晶場解析。

Figure 1: (a) Crystal structure of h-FeS above $T_{\rm{M}}$ . Two S octahedra surrounding Fe ions are explicitly shown. The upper left inset shows the Fe spin configurations inside the two octahedra, where the spins initially along the [ $1\bar{1}0$ ] direction exhibit a slight canting toward the Fe

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 面内の一軸ひずみは h-FeS における自発的異常ホール効果を抑制するか？
• RQ2 AHE の抑制は小さな c 軸方向の磁化モーメントの変化を伴うか？
• RQ3 ひずみは h-FeS における面内磁気ドメイン集団とスピンカンティングにどのような影響を与えるか？
• RQ4 スピン波ギャップと磁気結晶各向性は h-FeS のひずみ応答においてどのような役割を果たすか？

主な発見

• ab 面の圧縮ひずみにより T_M 以上で自発的 AHE が徐々に抑制されるが、B 字場依存の通常のホールおよび従来の AHE 成分には大きな影響を与えない。
• 平面内の圧縮ひずみ下で小さな c 軸磁化モーメント（スピンカンティング）は減少し、ひずみがカンティングを抑制することを示す。
• ニュートロン回折は T_M 以上で面内磁気ドメインの再分布を示し、1つのドメインが強く抑制され、2つのドメインが支配的となる；T_M 以下ではドメイン集団が再びほぼ同等になる。
• 非弾性中性子散乱はスピン波ギャップが高温で実質的に抑制されることを示し、ひずみ下でのドメイン再配向が容易であることと一致する。
• h-FeS のピエゾ磁性係数は 160 K で約 10^-3 G/MPa であり、観測された効果は磁気機械結合と SOC によるカンティングに結びつく。
• 自発的 AHE と微小な net 磁化は密接に相関しており、一軸ひずみが両方の効果を効果的に制御するパラメータとなる。

Figure 2: (a)-(d) Magnetic-field dependence of the Hall resistivity measured at selected temperatures under compressive strain applied along [ $1\bar{1}0$ ]. The solid line in (b) represents a linear fit to the data, as described in the text. For clarity, the data are vertically offset by 0.2 $\mu\O