反常霍爾效應(yīng)是匯聚態(tài)數(shù)學(xué)的核心領(lǐng)域之一，其研究起源于19世紀(jì)80年代早期英國約翰霍普金斯學(xué)院的EdwinH.Hall在鐵磁材料中的實驗發(fā)覺；此后的整個20世紀(jì)，反常霍爾效應(yīng)的研究幾乎都集中在鐵磁材料中；近些年來，非共線反鐵磁材料中的反常霍爾效應(yīng)也漸漸被理論和實驗所開掘，這包括一些具有復(fù)雜磁結(jié)構(gòu)的非共面反鐵磁以及共面但非共線的反鐵磁材料體系等。但是，因為時空反演對稱性的保護，磁性材料中數(shù)目最多的一類材料——共線反鐵磁，常年以來被覺得不會呈現(xiàn)出反常霍爾效應(yīng)。
近日理論研究表明，對于一些具有特定晶體對稱性的共線反鐵磁材料，非磁性原子的低對稱性排布可以打破時空反演對稱，因而促使共線反鐵磁中反常霍爾效應(yīng)的存在成為可能。這樣一種由非磁性原子的低對稱性排布和共線反鐵磁序共同誘發(fā)的反常霍爾效應(yīng)被稱之為晶體霍爾效應(yīng)(Hall)[?etal.arXiv:1901.00445(2019);Sci.Adv.6,(2020)]。
11月7日反常霍爾效應(yīng)，（《自然?電子學(xué)》）在線發(fā)表了上海民航航天學(xué)院材料科學(xué)與工程大學(xué)劉知琪院長課題組在共線反鐵磁材料中反常霍爾效應(yīng)的實驗觀測研究。論文題為“AnHallin”(《交變磁極RuO2中的反常霍爾效應(yīng)》)。工大材料大學(xué)博士生馮澤鑫和周曉榮，以及美國切沃學(xué)院Libor?博士為論文共同第一作者。論文合作者還有華東科技學(xué)院國家脈沖強磁場科學(xué)中心朱增偉院士和夏正才院士、德國波鴻學(xué)院Jairo院士、捷克科大學(xué)Tomá?院士等。工大材料大學(xué)劉知琪院士為論文通信作者。
在該項研究工作中反常霍爾效應(yīng)，劉知琪院士課題組制備出了高濁度率的金紅石相RuO2共線反鐵磁外延單晶硅薄膜，通過結(jié)構(gòu)、電輸運、磁輸運、磁性檢測等表征手段，并依托華東科技學(xué)院國家脈沖強磁場科學(xué)中心的大科學(xué)裝置，在此共線反鐵磁材料中實驗觀測到了很大的反常霍爾濁度率(圖1)。這項實驗工作協(xié)同前期理論研究，將反常霍爾材料體系拓展到了磁性材料中數(shù)目最為豐富的共線反鐵磁中，并將其起源拓展到了非磁性原子的排布對稱性上，因而有望在共線反鐵磁研究中迸發(fā)出更多新奇物態(tài)。
圖1：共線反鐵磁金屬氧化物RuO2薄膜中和Néel矢量L密切相關(guān)的晶體霍爾效應(yīng)（L-AHE）。
該項研究得到了國家自然科學(xué)基金創(chuàng)新研究群體項目及面上項目等的支持。
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