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本研究针对磁性烧绿石材料中拓扑半金属与自旋冰的界面耦合机制这一前沿问题，通过构建Eu2 Ir2 O7 /Dy2 Ti2 O7 (EIO/DTO)异质结，首次揭示了磁场调控下六重各向异性输运响应和对称性破缺的二维量子态。研究创新性地利用外尔费米弧与自旋冰磁激发的Kondo耦合，为探索强关联拓扑界面现象提供了新范式。
在量子材料研究的前沿领域，磁性烧绿石材料因其独特的自旋-轨道耦合、电子关联和几何阻挫特性，孕育了拓扑半金属和自旋冰等奇异量子态。然而，这些物相通常孤立存在，它们通过界面相互作用产生的 emergent phenomena（涌现现象）此前从未实现。这成为制约量子材料功能化应用的瓶颈问题。特别是在实际器件应用中，如何通过外场调控实现界面量子态的精确操纵，更是面临巨大挑战。
针对这一科学难题，来自美国的研究团队在《SCIENCE ADVANCES》发表重要成果。他们选择具有相同烧绿石晶体结构但电子态迥异的两种材料——外尔半金属Eu2
Ir2
O7
(EIO)和经典自旋冰Dy2
Ti2
O7
(DTO)构建异质结，通过创新的原位固相外延方法制备出原子级锐利的界面。研究团队综合运用极低温角分辨磁输运测量、蒙特卡洛模拟和玻尔兹曼输运理论，系统揭示了界面耦合产生的新奇量子现象。
关键技术方法包括：1）脉冲激光沉积法制备[111]取向的EIO/DTO异质结；2）20 mK极低温环境下进行角分辨磁阻测量；3）结合经典蒙特卡洛模拟和Kondo耦合模型的理论计算；4）通过X射线衍射、反射高能电子衍射等多尺度表征确认样品质量。
【晶体结构和纵向电阻率的温度依赖性】研究发现EIO/DTO异质结在105 K附近呈现金属-半金属转变，对应EIO层进入反铁磁外尔半金属态。低于0.3 K时出现的电阻平台归因于拓扑表面态传导，证实了外尔费米弧的存在。
【面外磁场旋转下的磁阻角度依赖】在[111]方向施加磁场时，1-5 T区间出现特征"驼峰"，对应DTO从kagome冰相向磁单极子相的转变。该特征在700 mK以上消失，证明其源于界面耦合效应。
【面内磁场旋转下的磁阻角度依赖】最引人注目的发现是：在2 T以上磁场下出现六重对称的输运响应，对应DTO在q=0和q=X磁结构间的周期性转换；超过9 T时系统突变为二重对称态，表明出现旋转对称性破缺的量子多体态。角度依赖的磁阻峰随磁场增强而变窄，显示出高达600%的角度响应增强。
【外尔半金属/自旋冰界面的理论建模】研究团队建立了包含Kondo耦合的微观模型，计算表明界面电阻ρint
的异常特征源于EIO外尔费米弧与DTO磁结构因子的共振散射。理论成功复现了六重各向异性和角度窄化效应，但对9 T以上二重对称态的解释仍需非微扰理论。
这项研究的意义在于：首次实现了外尔半金属与自旋冰的量子耦合，为探索强关联拓扑界面现象建立了新范式。发现的六重各向异性态和二重对称破缺态，为设计新型量子器件提供了可能。特别是，这种通过电学手段探测自旋冰磁结构的方法，克服了传统中子散射等技术在薄膜样品应用的局限。研究还启示了通过替换稀土离子（如用Tb取代Dy）构建量子自旋冰异质结，实现二维动态规范场与拓扑电子耦合的新途径。这些发现为强关联拓扑电子学开辟了全新研究方向。
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