研究人员在非共线反铁磁体的反常霍尔效应研究上取得新进展

《中国科学报》记者从华中科技大学获悉，近日，该校国家脉冲强磁场科学中心极端量子输运团队在非共线反铁磁体的反常霍尔效应的研究上取得了重要进展，发现了一种笼目反铁磁体的反常霍尔效应在磁场中呈现为线性的案例，打破了学界在过去二十年中，关于反常霍尔效应随磁场呈现为非线性的固有认知。相关研究结果近日在线发表于《自然-通讯》上。

Mn3Sn中的磁场诱导线性反常霍尔效应。受访者供图

霍尔效应是指纵向电流在垂直磁场作用下产生横向电压积累的一种现象。普通导体中霍尔效应随磁场通常呈现为线性，但在铁磁体中，霍尔效应通常呈现为非线性，这种非线性的霍尔响应被定义为反常霍尔效应。在过去二十年里，反常霍尔效应的内禀机理被确定为电子波函数的非平庸拓扑结构，即贝瑞曲率。一般而言，反常霍尔效应在磁场下呈现为非线性，线性响应是分离霍尔效应反常项与正常项的凭据，那么随磁场呈现为线性的霍尔响应就是否一定不是反常霍尔效应？

针对这一问题，该团队对一种笼目反铁磁体Mn3Sn展开了横向电和热电输运探索研究。他们测量了Mn3Sn的霍尔效应和能斯特效应，发现其面内霍尔信号ρxy虽然随磁场呈现为完美线性，但是其值却比基于载流子浓度的计算值大了五倍，其面内能斯特信号Sxy也比基于迁移率和费米能的计算值大了两个数量级，这意味着其中隐藏着除普通载流子的额外贡献。结合理论计算表明，这是由于沿着样品z方向的磁场将诱导自旋朝面外倾斜并产生随磁场呈线性的自旋手性，这种自旋手性诱导了外尔节点线的能隙打开，同时将贝瑞曲率推至费米面附近并产生随磁场呈线性增长的净积累，从而形成了一种随磁场呈现为线性的新型反常霍尔和能斯特效应。

这项研究成果揭示了笼目材料中自旋手性导致的实空间贝瑞相位与动量空间贝瑞曲率的有趣统一。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-023-37076-w