[논문 리뷰] Uniaxial strain tuned magnetism of the altermagnet candidate h-FeS

Weiliang Yao, Feng Ye외 10명|arXiv (Cornell University)|2026. 02. 16.

Iron-based superconductors research인용 수 0

한 줄 요약

평면 내 단축 방향의 일축 압축 응력은 육각 FeS에서 자발적 이상 홀 효과와 작은 c축 강자 모멘트를 모두 억제하며, 평면 자기 도메인의 재균형 및 스핀 캔팅 감소를 통해 나타난다. transport, magnetization, neutron diffraction, and inelastic neutron scattering에 의해 밝혀진 바와 같이.

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.

연구 동기 및 목표

• 평면 내 단축 방향 응력이 h-FeS의 자발적 이상 홀 효과에 미치는 영향을 알테르마그네트 후보로서 조사한다.
• 응력이 작은 순자석적 자력과 AHE를 동시에 수정할 수 있는지 확인한다.
• 응력 하에서 스핀 캔팅, 도메인 구조, 자크자성 효과 사이의 관계를 밝힌다.

제안 방법

• 평면 내 단축 방향 응력을 이용한 전기 전도 측정으로 자발적 AHE 성분을 추출한다.
• c축 방향 자화 측정을 통해 응력에 의해 유발되는 페로자기 모멘트의 변화를 정량화한다.
• 응력 하의 중성자 회절로 자자 도메인 인구 및 평면 자기 구조를 모니터링한다.
• 비탄성 중성자 산란으로 스핀파 갭과 응력 의존성을 조사한다.
• 대칭성과 결정장 효과 분석으로 로컬 Fe 배위 및 SOC 효과의 응력 유도 변화를 해석한다.

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

실험 결과

연구 질문

• RQ1 평면 내 단축 방향 응력이 h-FeS에서 자발적 이상 홀 효과를 억제하는가?
• RQ2 AHE의 억제가 작은 c축 페로자기 모멘트의 변화와 함께 나타나는가?
• RQ3 평면 자기 도메인 인구와 스핀 캔팅에 단축 응력이 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 스핀파 갭과 자구 결정학적 이방성이 h-FeS의 응력 반응에 어떤 역할을 하는가?

주요 결과

• ab-평면의 압축 응력은 T_M을 넘는 온도에서 자발적 AHE를 점진적으로 억제하지만 일반적인 B-필드 의존적인 보통의 홀 효과 및 전형적 AHE 기여에는 큰 변화를 주지 않는다.
• 평면 내 압축 응력 하에서 작은 c축 페로자기 모멘트(스핀 캔팅)가 감소하여 캔팅이 응력에 의해 억제됨을 나타낸다.
• 중성자 회절은 응력이 T_M 이상에서 평면 자자 도메인을 재분배하며 한 도메인이 강하게 억제되고 두 도메인이 우세해지다가, T_M 아래에서는 도메인 인구가 다시 비슷해진다는 것을 보인다.
• 비탄성 중성자 산란은 온도가 높아질수록 스핀-파 갭이 효과적으로 억제되어 도메인 재배치를 더 쉽게 하는 것을 시사한다.
• h-FeS의 피에조자성 계수는 160 K에서 약 10^-3 G/MPa이며, 관찰된 효과는 자크제응력 결합 및 SOC 매개된 캔팅과 관련이 있다.
• 자발적 AHE와 작은 순자화 모멘트는 밀접하게 연관되어 있으며, 일축 응력은 두 특성을 모두 효과적으로 제어하는 매개변수 역할을 한다.

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