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中心用户北京航空航天大学刘知琪教授团队在反铁磁材料的反常霍尔效应研究上取得进展

发布日期:2022-12-21    作者:     来源:     点击:

(通讯员 吴蕾)11月7日,《自然•电子学》(Nature Electronics)在线发表了国家脉冲强磁场科学中心用户北京航空航天大学刘知琪教授团队题为《交变磁体RuO2中的反常霍尔效应》(An anomalous Hall effect in altermagnetic ruthenium dioxide)的论文。该成果是刘知琪教授团队利用脉冲强磁场设施在反铁磁材料领域取得的最新研究进展,中心朱增伟教授、夏正才教授、博士生吴蕾参与了相关工作。

反常霍尔效应是凝聚态物理的核心领域之一,其研究起源于19世纪80年代初期美国约翰霍普金斯大学Edwin H. Hall在铁磁材料中的实验发现。随后的整个20世纪,反常霍尔效应的研究几乎都集中在铁磁材料。近年来,非共线反铁磁材料中的反常霍尔效应也逐渐被理论和实验所发掘,这包括一些具有复杂磁结构的非共面反铁磁以及共面但非共线的反铁磁材料体系等。然而,由于时空反演对称性的保护,磁性材料中数量最多的一类材料——共线反铁磁——长期以来被认为不会呈现出反常霍尔效应。近期理论研究表明,对于一些具有特定晶体对称性的共线反铁磁材料,非磁性原子的低对称性排布可以打破时空反演对称,从而使得共线反铁磁中反常霍尔效应的存在成为可能。这样一种由非磁性原子的低对称性排布和共线反铁磁序共同诱发的反常霍尔效应被称之为晶体霍尔效应(Crystal Hall Effect)[Šmejkalet al. arXiv:1901.00445 (2019); Sci. Adv.6, eaaz8809 (2020)]。

共线反铁磁金属氧化物RuO2薄膜中和Néel矢量L密切相关的晶体霍尔效应(L-AHE)

该研究中,刘知琪教授团队制备出了高电导率的金红石相RuO2共线反铁磁外延单晶薄膜,通过结构、电输运、磁输运、磁性测量等表征手段,并依托脉冲强磁场设施的50T脉冲磁场条件,在此共线反铁磁材料中实验观测到了很大的反常霍尔电导率(如图)。这项实验工作协同前期理论研究,将反常霍尔材料体系拓展到了磁性材料中数量最为丰富的共线反铁磁中,并将其起源拓展到了非磁性原子的排布对称性上,从而有望在共线反铁磁研究中激发出更多新奇物态。

该工作得到了国家自然科学基金创新研究群体项目及面上项目等支持。


文章来源:https://view.inews.qq.com/qr/20221108A02UC600

论文链接:https://www.nature.com/articles/s41928-022-00866-z