Nature Phys.：[磁性绝缘体/重金属]异质结中发现室温以上拓扑霍尔效应

初学者

2019-05-26

磁斯格明子（Magnetic skyrmion）是具有稳健拓扑的纳米级自旋结构，可以用低电流密度操纵，因此是未来自旋电子器件的潜在信息载体。到目前为止，斯格明子主要存在于金属薄膜中，而金属薄膜具有欧姆损耗，因此具有很高的能量耗散。磁性绝缘体由于其低阻尼和无焦耳热损失，可以提供一个更节能的斯格明子平台。然而，在之前的研究中，对于绝缘化合物(Cu₂OSeO₃)而言，只在超低温下观察到过斯格明子——因为在低温下，斯格明子通过块体Dzyaloshinskii-Moriya相互作用（DMI）而稳定下来。

最近，加州大学洛杉矶分校Kang L. Wang和Qiming Shao团队在室温以上的[磁性绝缘体(铥铁石榴石，Tm₃Fe₅O₁₂)/重金属(Pt)]双层异质结中观测到了拓扑霍尔效应——磁斯格明子的一个特征。拓扑霍尔效应对面内偏场和磁性绝缘体厚度的依赖关系表明，磁斯格明子是由界面Dzyaloshinskii-Moriya相互作用稳定的。通过改变温度，可以调整系统的磁各向异性，在更大外磁场范围内获得斯格明子，并在易平面各向异性状态下提升斯格明子的稳定性。

图1. Tm₃Fe₅O₁₂/Pt中拓扑霍尔效应示意图以及输运性质。

图2. 拓扑霍尔效应的实验观测。

图3. 磁性绝缘体厚度对拓扑霍尔效应的影响。

Qiming Shao, Yawen Liu, Guoqiang Yu, Se Kwon Kim, Xiaoyu Che, Chi Tang, Qing Lin He, Yaroslav Tserkovnyak, Jing Shi & Kang L. Wang. Topological Hall effect at above room temperature in heterostructures composed of a magnetic insulator and a heavy metal. Nature Electronics, 2019.

DOI: 10.1038/s41928-019-0246-x

https://www.nature.com/articles/s41928-019-0246-x#article-info