Revealing emergent magnetic charge in an antiferromagnet with diamond quantum magnetometry

磁强计 凝聚态物理 反铁磁性 磁矩 物理 量子 铁磁性 磁性 宏观量子现象 磁场 磁偶极子 量子力学
作者
A. Tan,Hariom Jani,Michael Högen,Lucio Stefan,Claudio Castelnovo,Daniel Braund,Alexandra A. Geim,Annika Mechnich,Matthew S. G. Feuer,Helena S. Knowles,Ariando Ariando,P. G. Radaelli,Mete Atatüre
出处
期刊:Nature Materials [Nature Portfolio]
卷期号:23 (2): 205-211 被引量:14
标识
DOI:10.1038/s41563-023-01737-4
摘要

Abstract Whirling topological textures play a key role in exotic phases of magnetic materials and are promising for logic and memory applications. In antiferromagnets, these textures exhibit enhanced stability and faster dynamics with respect to their ferromagnetic counterparts, but they are also difficult to study due to their vanishing net magnetic moment. One technique that meets the demand of highly sensitive vectorial magnetic field sensing with negligible backaction is diamond quantum magnetometry. Here we show that an archetypal antiferromagnet—haematite—hosts a rich tapestry of monopolar, dipolar and quadrupolar emergent magnetic charge distributions. The direct read-out of the previously inaccessible vorticity of an antiferromagnetic spin texture provides the crucial connection to its magnetic charge through a duality relation. Our work defines a paradigmatic class of magnetic systems to explore two-dimensional monopolar physics, and highlights the transformative role that diamond quantum magnetometry could play in exploring emergent phenomena in quantum materials.
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