Competing lattice instability and magnetism on the surface of kagome metals

磁性 不稳定性 凝聚态物理 格子(音乐) 材料科学 物理 量子力学 声学
作者
Hengxin Tan,Binghai Yan
出处
期刊:Physical review [American Physical Society]
卷期号:109 (19) 被引量:3
标识
DOI:10.1103/physrevb.109.195428
摘要

Only a few magnetic kagome materials exhibit lattice instabilities among the large kagome material array. In this work, we find that kagome magnets $R{\mathrm{Mn}}_{6}{\mathrm{Sn}}_{6}$ ($R$ = rare-earth elements) and their nonmagnetic counterparts ${R\mathrm{V}}_{6}{\mathrm{Sn}}_{6}$ exhibit an intriguing interplay between magnetism and lattice dynamics on their surfaces. Notably, ${R\mathrm{V}}_{6}{\mathrm{Sn}}_{6}$ surfaces terminated by kagome layers demonstrate pronounced lattice instabilities, manifesting as $\sqrt{3}\ifmmode\times\else\texttimes\fi{}\sqrt{3}$ and $2\ifmmode\times\else\texttimes\fi{}2$ surface charge orders (SCOs). These instabilities are absent on corresponding magnetic materials $R{\mathrm{Mn}}_{6}{\mathrm{Sn}}_{6}$. Here, the SCO is suppressed by magnetism. Otherwise, surface distortions would significantly reduce the spin polarization, elevating the energy via Hund's rule. Thus, SCOs are energetically unfavorable on magnetic surfaces. The competition of magnetism and lattice instability is further substantiated by observing SCOs on V-substituted $R{\mathrm{Mn}}_{6}{\mathrm{Sn}}_{6}$ kagome surfaces, contrasting with their absence on Mn-substituted ${R\mathrm{V}}_{6}{\mathrm{Sn}}_{6}$ surfaces. Our findings reveal unexpected surface instability and profound spin-lattice coupling in these kagome magnets, highlighting the complex dynamics hidden within magnetic materials.
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