北理工團隊在反鐵磁面內(nèi)反?；魻栃?yīng)的研究中取得重要進展
發(fā)布日期：2023-04-27 供稿：物理學院 攝影：物理學院
編輯：王莉蓉 審核：陳珂 閱讀次數(shù)：
近日，北京理工大學物理學院姚裕貴教授團隊在PT對稱（空間-時間反演聯(lián)合對稱）的反鐵磁體系中提出了面內(nèi)磁場誘導的反?；魻栃?yīng)（IPAHE）。該項研究成果嚴格論證了在PT對稱反鐵磁體系中實現(xiàn)IPAHE的最低對稱性要求,，詳細列出了所有滿足條件的磁點群,，提供了有效地搜索和設(shè)計具有IPAHE的反鐵磁材料的方法，將促進它們在低功耗自旋電子學上的應(yīng)用,。相關(guān)成果近期發(fā)表于《物理評論快報》(Physical Review Letters),。
反常霍爾效應(yīng),，磁性材料中最基本的輸運現(xiàn)象之一,，不僅是諸多低功耗量子效應(yīng)的物理原型，也是拓撲量子物態(tài)的重要基石,。姚裕貴教授二十年來一直致力于該效應(yīng)的研究,，在該領(lǐng)域做出過開拓性的工作，比如率先發(fā)展了反?；魻栃?yīng)的第一性原理計算方法,；定量研究了反常霍爾效應(yīng)中基于貝里曲率的內(nèi)稟機制,，糾正了之前“外在機制占主導,，內(nèi)稟機制不重要”的普遍看法，顛覆了傳統(tǒng)認識并被獨立實驗證實[Phys. Rev. Lett. 92, 037204 (2004)],；部分成果被寫進了M. P. Marder的流行教科書《Condensed Matter Physics》；推動了該領(lǐng)域的迅速發(fā)展,。在通常的反?；魻栃?yīng)中，磁場/磁化,、電場和霍爾電流相互垂直,。近期理論研究發(fā)現(xiàn)，面內(nèi)的磁化也可以導致反?；魻栃?yīng),，（稱為面內(nèi)反常霍爾效應(yīng)，IPAHE）,，然而以往IPAHE的研究主要關(guān)注具有非零磁化的鐵磁或者亞鐵磁系統(tǒng),。在應(yīng)用上，凈磁化為零的反鐵磁系統(tǒng)相比鐵磁或亞鐵磁系統(tǒng)具有諸多優(yōu)勢,，如較強的抗磁場干擾,、較快的自旋動力學、以及較高的堆積密度,。那么,，反鐵磁系統(tǒng)中是否也存在新奇的IPAHE值得深入研究。
最近,，姚等人提出了在反鐵磁系統(tǒng)中實現(xiàn)IPAHE的對稱性條件,，并給出了實驗上切實可行的材料搜索和設(shè)計的方案。針對一大類PT對稱的反鐵磁系統(tǒng),，他們發(fā)現(xiàn)面內(nèi)的磁場通過自旋傾斜效應(yīng)可以誘導面外貝里曲率,，進而產(chǎn)生大的IPAHE，如圖1所示,。他們給出了包含PT對稱反鐵磁體系在內(nèi)的所有可能荷載IPAHE的磁點群列表,。在材料實現(xiàn)方面，他們給出了兩種有效可行的方案：一種是通過調(diào)控現(xiàn)有的材料來滿足對稱性要求,，即自上而下的方法,；另一種方法是通過設(shè)計新材料來滿足對稱性的要求，即自下而上的方法,。他們選取了兩類代表性的材料（CuMnAs和新型的VS2-VS超晶格）為例進行了第一性原理的計算,，并討論了面內(nèi)反常霍爾效應(yīng)的實驗探測,，如圖2所示,。此外，理論與實驗合作的VS2-VS超晶格中面內(nèi)反?；魻栃?yīng)的工作去年已發(fā)表在《自然》雜志上 [Nature 609, 46 (2022)],。
圖1: 在PT對稱的反鐵磁系統(tǒng)中產(chǎn)生面內(nèi)反常霍爾效應(yīng)的示意圖,。
圖2: 應(yīng)力下CuMnAs和VS2-VS超晶格中的面內(nèi)和面外的反?；魻栯妼省?/p>
該工作得到了科技部重點研發(fā)計劃,、國家自然科學基金重點項目,、中科院先導項目的支持。北京理工大學博士生曹晉和蔣偉教授為共同第一作者,，強磁場科學中心周建輝研究員和北京理工大學姚裕貴教授為共同通訊作者,。北京理工大學周家東教授,、李小平博士以及強磁場中心博士生涂岱峰為論文的合作者。
論文信息：Jin Cao, Wei Jiang, Xiao-Ping Li, Daifeng Tu, Jiadong Zhou, Jianhui Zhou, and Yugui Yao, "In-Plane Anomalous Hall Effect in PT-Symmetric Antiferromagnetic Materials", Phys. Rev. Lett. 130, 166702 (2023)
文章鏈接：https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.130.166702
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