Imaging the coupling between itinerant electrons and localised moments in the centrosymmetric skyrmion magnet GdRu(2)Si(2).
Imaging the coupling between itinerant electrons and localised moments in the centrosymmetric skyrmion magnet GdRu(2)Si(2).
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DOI：
10.1038/s41467-020-19751-4
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发表时间：
2020-11-23
影响因子：
16.6
通讯作者：
Seki S
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Yasui Y;Butler CJ;Khanh ND;Hayami S;Nomoto T;Hanaguri T;Motome Y;Arita R;Arima TH;Tokura Y;Seki S
磁skyrmion被认为是稳定的，只有在反演对称性破缺结构，但skyrmion晶格最近发现在反演对称的Gd基化合物，刺激问题的稳定机制。最近的一个理论提议，巡游电子和局部磁矩之间的耦合，是一个自然的结果，skyrmions是服从检测，甚至使用非磁性探针，如光谱成像扫描隧道显微镜（SI-STM）。在这里，GdRu 2Si 2的SI-STM观测揭示了局部态密度的模式，这些模式确实随底层的磁性结构而变化。这些模式是定性再现模型计算假设巡回电子和本地化时刻之间的交换耦合。这些发现为理解GdRu 2Si 2中Skyrmion的形成机制提供了线索。GdRu 2Si 2可以容纳磁性skyrmion，但是它没有反转对称性破缺，通常认为这是skyrmion形成所必需的特征。使用扫描隧道显微镜，作者可视化的双Q结构的巡回电子介导的skyrmion形成。
Magnetic skyrmions were thought to be stabilised only in inversion-symmetry breaking structures, but skyrmion lattices were recently discovered in inversion symmetric Gd-based compounds, spurring questions of the stabilisation mechanism. A natural consequence of a recent theoretical proposal, a coupling between itinerant electrons and localised magnetic moments, is that the skyrmions are amenable to detection using even non-magnetic probes such as spectroscopic-imaging scanning tunnelling microscopy (SI-STM). Here SI-STM observations of GdRu2Si2 reveal patterns in the local density of states that indeed vary with the underlying magnetic structures. These patterns are qualitatively reproduced by model calculations which assume exchange coupling between itinerant electrons and localised moments. These findings provide a clue to understand the skyrmion formation mechanism in GdRu2Si2. GdRu2Si2 can host magnetic skyrmions, however, it does not have inversion symmetry breaking, a feature usually assumed necessary for skyrmion formation. Using scanning tunnelling microscopy, the authors visualise the double-Q structure in the itinerant electrons that mediate the skyrmion formation.
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