科学家利用拓扑探针首次实现交错磁体原子尺度自旋成像

原子尺度自旋电子态探测，是研究量子材料演生现象的重要手段。传统磁性自旋分辨探针末端易受干扰，且依赖外磁场辅助。团队通过聚焦离子束微纳加工，将α相溴化铋单晶制备成具有原子分辨能力的扫描隧道显微镜针尖。谱学标定证实，加工后的针尖仍保留螺旋边界态的特征。

实验验证，该探针具备自旋选择性，依托螺旋边界态自旋–动量锁定特性，可通过控制隧穿电流方向实现对不同自旋电子态的选择。

团队用这套新方法研究交错磁体候选材料钾钒硒氧。研究依靠原子成像，分辨出两种镜面对称的钒原子位置，观察到密度波形成的特殊晶格结构。通过对比不同电压下的电导图，获得与棋盘式反铁磁排布一致的实空间图像。研究还发现，两个正交晶轴方向上准粒子激发和干涉图样呈现相反的自旋极化，这为d波对称性的自旋劈裂提供了直接实验证据。

团队综合各项实验结果并结合理论分析证实，所有结果支持钾钒硒氧表面层存在二维d波交错磁序。

该工作展现了拓扑量子材料作为物态测量探针的潜力。这一方法有望应用于二维磁体和莫尔材料，为原子尺度自旋特征研究提供新的技术。

相关研究成果发表在《自然》（Nature）上。

示意图：螺旋边界态探针的工作原理（左）；d波交错磁的电子散射特征（右）

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