磁性合金等缺陷态材料中的自旋玻璃态具有局部变化的磁模式，同时材料的自旋弛豫作用随着时间变化的过程跨越了多个尺度数量级的变化。拉德堡德大学Daniel Wegner、Alexander A. Khajetoorians，乌普萨拉大学，厄勒布鲁大学等通过自旋极化扫描隧道显微镜方法将单晶钕在（0001）晶面上的磁性进行成像，并考察温度和磁场对磁性的调节作用。虽然钕单晶在结构上没有展现出缺陷，作者发现了简并磁性波矢量的分布情况展现出时空变化。在这种自旋Q结构中，发现了近简并自旋螺旋状态（nearly degenerate spin spiral states）的周期性变化（磁体沿着随机方向无序旋转）。结合原子级自旋动力学计算结果的第一性原理电子结构分析结果显示，双六方密堆积晶体结构的钕对磁性结构有比较强的相关性。

本文要点：

（1）

在W(110)面上通过Stranski–Krastanov生长过程得到Nd(0001)薄膜，分别制备了＞50 ML和~100 ML厚的Nd(0001)膜。在0.03~7 K的低温中通过扫描隧道显微镜分析Nd的表面电子结构。随后对波向量为Q_A=1.1~2.0 nm^-1，Q_B=2.7~3.5 nm^-1，Q_A=4.6~5.3 nm^-1的情况进行分析。

（2）

本文中对钕单晶材料磁性的理解为之前长期对钕磁性理解的纷争，发现的Q磁性状态和多时间尺度的磁性动力学过程，从实验上验证了自发旋转玻璃态。并且在钕中发现的这种旋转磁性结构为研究类似的磁性变化提供了经验。和传统的自旋玻璃态有所不同的是，钕中由电子结构和结构因素导致的竞争性相互作用是产生自发自旋玻璃态的原因。

参考文献

Umut Kamber, Anders Bergman, Andreas Eich, Diana Iuşan, Manuel Steinbrecher, Nadine Hauptmann, Lars Nordström, Mikhail I. Katsnelson, Daniel Wegner*, Olle Eriksson, Alexander A. Khajetoorians*

Self-induced spin glass state in elemental and crystalline neodymium，Science 2020

DOI：10.1126/science.aay6757

https://science.sciencemag.org/content/368/6494/eaay6757