Ferromagnetic-antiferromagnetic coexisting ground state and exchange bias effects in MnBi4Te7 and MnBi6Te10

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作者
Xiaolong Xu,Shiqi Yang,Huan Wang,Roger Guzmán,Y.C. Gao,Yongfeng Zhu,Yuxuan Peng,Zhihao Zang,Ming Xi,Shangjie Tian,Yanping Li,Hechang Lei,Zhaochu Luo,Jinbo Yang,Yeliang Wang,Tian‐Long Xia,Wu Zhou,Yuan Huang,Yongqin Yu
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:13 (1) 被引量:5
标识
DOI:10.1038/s41467-022-35184-7
摘要

Natural superlattice structures MnBi2Te4(Bi2Te3)n (n = 1, 2, ...), in which magnetic MnBi2Te4 layers are separated by nonmagnetic Bi2Te3 layers, hold band topology, magnetism and reduced interlayer coupling, providing a promising platform for the realization of exotic topological quantum states. However, their magnetism in the two-dimensional limit, which is crucial for further exploration of quantum phenomena, remains elusive. Here, complex ferromagnetic-antiferromagnetic coexisting ground states that persist down to the 2-septuple layers limit are observed and comprehensively investigated in MnBi4Te7 (n = 1) and MnBi6Te10 (n = 2). The ubiquitous Mn-Bi site mixing modifies or even changes the sign of the subtle interlayer magnetic interactions, yielding a spatially inhomogeneous interlayer coupling. Further, a tunable exchange bias effect, arising from the coupling between the ferromagnetic and antiferromagnetic components in the ground state, is observed in MnBi2Te4(Bi2Te3)n (n = 1, 2), which provides design principles and material platforms for future spintronic devices. Our work highlights a new approach toward the fine-tuning of magnetism and paves the way for further study of quantum phenomena in MnBi2Te4(Bi2Te3)n (n = 1, 2) as well as their magnetic applications.
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