这篇Nature Materials，挑战传统观念！
米测MeLab
2024-12-19
研究背景
反铁磁材料因其独特的自旋结构和无宏观磁化特性，在信息存储、磁传感器等领域具有潜在应用。与传统的铁磁材料相比，反铁磁材料通常具有较小的能量损耗和更高的稳定性，因此被认为是下一代磁性信息存储和计算的有力候选。然而，传统的共线反铁磁材料由于时间反转对称性和缺乏宏观磁化，通常不能支持与铁磁材料类似的自发霍尔效应，使得其在实际应用中存在一定的局限性。因此，如何突破反铁磁材料的对称性限制，实现自发霍尔效应，成为该领域的重大挑战。为了解决这一问题，东京大学Rina Takagi, Ryosuke Hirakida，Shinichiro Seki等教授在“Nature Materials”期刊上发表了题为“Spontaneous Hall effect induced by collinear antiferromagnetic order at room temperature”的最新论文。他们设计并合成了共线反铁磁材料FeS，并成功在室温下观察到自发霍尔效应。与传统的反铁磁材料不同，FeS在其↑↓和↓↑自旋状态下能够引起相反符号的自发霍尔效应，这一现象源自于该材料的对称性破缺，而非传统意义上的磁化现象。研究人员通过精细的实验分析，证明了这一效应是由于虚拟磁场的作用，并非传统磁化引起的。 通过这一发现，该团队不仅揭示了反铁磁材料在没有宏观磁化的情况下仍能展现类似铁磁材料的电学响应，还为未来在导电系统中实现自发霍尔效应的电读写提供了可能的理论基础。这项研究为反铁磁材料在信息存储和自旋电子学领域的应用提供了新的方向，尤其是在低能耗、高稳定性的设备中，展示了显著的潜力。
科学亮点
图文解读
图3: 在易平面（易轴）共线反铁磁态中，存在（不存在）自发霍尔信号。
结论展望
本文通过观察到TtS破缺的共线反铁磁体FeS在室温下自发霍尔效应的现象，揭示了该材料在缺乏宏观磁化的情况下仍能表现出类似铁磁体的功能响应。这一发现挑战了传统观念，认为反铁磁材料无法进行电读出和写入操作。研究表明，通过虚拟磁场，TtS破缺的反铁磁体能够实现类似于铁磁体的自旋状态控制，例如自发霍尔效应和磁光克尔效应等。这不仅拓宽了反铁磁体的应用前景，还提出了通过电流诱导的自旋状态操控为自旋电子学提供新的电写入机制。未来，TtS破缺的反铁磁材料有望成为一种新的信息载体，具有极小的净磁化强度，同时具备电读写功能，推动自旋电子学在更广泛领域中的应用，尤其是在低功耗、微型化的电子器件中。Takagi, R., Hirakida, R., Settai, Y. et al. Spontaneous Hall effect induced by collinear antiferromagnetic order at room temperature. Nat. Mater. (2024). https://doi.org/10.1038/s41563-024-02058-w
