反鐵磁拓?fù)浣^緣體中發(fā)現(xiàn)四重對稱性的平面霍爾效應(yīng)

記者19日從中科院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院獲悉，該院強磁場中心田明亮課題組利用磁輸運方法，在本征反鐵磁拓?fù)浣^緣體中發(fā)現(xiàn)體態(tài)軌道磁矩產(chǎn)生的四重對稱性的平面霍爾效應(yīng)。相關(guān)研究成果日前發(fā)表于國際期刊《納米通信》。

拓?fù)淞孔硬牧嫌捎谄洫毺氐男阅埽谖磥淼凸牧孔幼孕骷芯哂兄匾膽?yīng)用價值，是當(dāng)前相關(guān)領(lǐng)域的研究熱點。在拓?fù)洳牧现校惱锴屎蛙壍来啪厥莾蓚€基本的贗矢量，對材料物性會產(chǎn)生重要影響。雖然軌道磁矩在谷電子學(xué)和手性磁效應(yīng)中具有重要作用，相比于貝里曲率的研究，軌道磁矩相關(guān)新奇物性的研究還很少。近年來，本征反鐵磁拓?fù)浣^緣體受到了廣泛關(guān)注。這個體系不僅具有豐富的物性，比如量子反常霍爾效應(yīng)、拓?fù)漭S子態(tài)等，同時也為研究軌道磁矩和貝里曲率對量子輸運現(xiàn)象的影響提供了一個很好的平臺。

研究人員利用微納加工技術(shù)制備了基于本征反鐵磁拓?fù)浣^緣體納米片的Hall-bar器件，通過平面霍爾效應(yīng)的測量，研究了貝里曲率和軌道磁矩對輸運現(xiàn)象的影響。實驗發(fā)現(xiàn)，在低溫弱磁場下，平面霍爾效應(yīng)表現(xiàn)出二重對稱性且電阻各項異性大于零。通過分析，這種π周期的平面霍爾效應(yīng)可以歸因于無能隙的拓?fù)浔砻鎽B(tài)。而當(dāng)體系進入極化鐵磁態(tài)時，平面霍爾效應(yīng)的周期從π轉(zhuǎn)變成π/2，同時幅值由正變?yōu)樨?fù)。為了闡明π/2周期的物理機制，研究人員進行了理論計算。計算結(jié)果表明，π/2周期的平面霍爾效應(yīng)來源于體態(tài)狄拉克電子的拓?fù)滠壍来啪兀依碚摻Y(jié)果與實驗結(jié)果完全吻合。進一步的實驗發(fā)現(xiàn)，隨著溫度的升高，由于體態(tài)和表面態(tài)的競爭，平面霍爾效應(yīng)會發(fā)生非平庸演化。

這項成果不僅揭示了軌道磁矩誘導(dǎo)的新穎電磁效應(yīng)，也為磁性拓?fù)洳牧显诘凸淖孕娮訉W(xué)中的應(yīng)用提供了指引。(科技日報記者 吳長鋒)