近日，上海科技大學(xué)物質(zhì)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院拓?fù)湮锢韺?shí)驗(yàn)室郭艷峰課題組、王文波課題組與合作者在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)了一種新型反?；魻栃?yīng)產(chǎn)生機(jī)制，即磁性材料中費(fèi)米能級(jí)附近存在外爾點(diǎn)時(shí)，增強(qiáng)的磁疇壁不對(duì)稱(chēng)斜散射導(dǎo)致的巨大非本征反?；魻栃?yīng)。其磁場(chǎng)可控周期性排列條紋狀磁疇使得該非本征反?；魻栃?yīng)高度可控。該成果發(fā)表于《物理評(píng)論快報(bào)》（Physical Review Letters）。

本征反?；魻栃?yīng)由磁性材料非零的貝里曲率產(chǎn)生，其電導(dǎo)通常正比于磁化強(qiáng)度，因此反?；魻栃?yīng)通常不出現(xiàn)在自旋相互抵消的反鐵磁材料中。但是，當(dāng)反鐵磁材料具有非共線(xiàn)磁結(jié)構(gòu)時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生非零的貝利曲率，從而表現(xiàn)出反?；魻栃?yīng)，如近幾年廣泛研究的非共線(xiàn)反鐵磁材料Mn₃Sn，在室溫下表現(xiàn)出與很多鐵磁材料堪比擬的大于100 S cm^-1的反?；魻栯妼?dǎo)。另一方面，由于本征反?；魻栃?yīng)與貝利曲率相聯(lián)系，具有很高的可控性，因此成為下一代自旋電子學(xué)應(yīng)用的重要選擇，而非本征反?；魻栃?yīng)由于其產(chǎn)生機(jī)制的復(fù)雜性及不可控性，關(guān)注較少。

郭艷峰組長(zhǎng)期從事新磁性拓?fù)洳牧咸剿?，在近期與合作者開(kāi)展的對(duì)三方晶系反鐵磁材料EuAl₂Si₂的研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)沿晶體c軸方向施加4 T左右外磁場(chǎng)即可誘導(dǎo)從反鐵磁拓?fù)浣^緣體到鐵磁外爾半金屬的相變，在費(fèi)米能級(jí)下方~ 57 meV處Γ-A方向形成一對(duì)外爾點(diǎn)。2 K、1.2 T時(shí)，該體系表現(xiàn)出高達(dá)1.51 × 10⁴ S cm^-1的反?；魻栯妼?dǎo)，且2 K時(shí)空穴遷移率為1036 cm² V^-1S^-1。然而，分析發(fā)現(xiàn)其貝利曲率產(chǎn)生的最大本征反?；魻栯妼?dǎo)僅為151 S cm^-1，因此該巨大的反常霍爾電導(dǎo)應(yīng)由非本征機(jī)制貢獻(xiàn)（圖1）。為探尋該非本征機(jī)制，郭艷峰組與王文波組合作，利用磁力顯微鏡對(duì)EuAl₂Si₂磁疇結(jié)構(gòu)進(jìn)行了細(xì)致研究，結(jié)果顯示該材料具有周期性平行排列的條紋狀磁疇，且該周期隨磁場(chǎng)升場(chǎng)及降場(chǎng)變化可逆，磁疇間距從0 T時(shí)的975 nm變化為4 T時(shí)的232 nm（圖2），反?；魻栯妼?dǎo)亦呈現(xiàn)出規(guī)律性變化。通過(guò)對(duì)磁疇密度、磁化強(qiáng)度及非本征反常霍爾電導(dǎo)變化的標(biāo)度，首次確定了一種新型反常霍爾效應(yīng)產(chǎn)生機(jī)制—疇壁不對(duì)稱(chēng)斜散射效應(yīng)，即磁疇壁對(duì)電子的不對(duì)稱(chēng)斜散射貢獻(xiàn)了凈反?；魻栯妼?dǎo)（圖3），且計(jì)算表明散射系數(shù)在該材料費(fèi)米能級(jí)附近存在外爾點(diǎn)時(shí)會(huì)得到極大增強(qiáng)，使其表現(xiàn)出巨大的非本征反?；魻栯妼?dǎo)，為目前塊體材料中發(fā)現(xiàn)的最大值。 

圖1. a.EuAl₂Si₂的晶體結(jié)構(gòu)示意圖（箭頭表示自旋方向；b.橫向霍爾電阻；c.霍爾電阻分析結(jié)果；d.非本征反?；魻栯娮桦S溫度變化情況；e.本征與非本征反?；魻栯妼?dǎo)隨磁場(chǎng)變化情況；e.外爾點(diǎn)（紅圈）。

圖2. a-c.平行排列的周期性條紋疇在正負(fù)磁場(chǎng)中的可逆變化; d. 圖a-c中周期性磁疇的單位長(zhǎng)度上疇密度隨磁場(chǎng)的變化關(guān)系。

圖3. 新型反?；魻栃?yīng)產(chǎn)生機(jī)制。a-i. 平行排列的周期性條紋疇隨磁場(chǎng)變化情況；j. EuAl₂Si₂的反常霍爾電導(dǎo)與其它材料比較；k.磁疇及疇壁排示意圖；l.疇壁不對(duì)稱(chēng)斜散射示意圖。

該研究不僅在實(shí)驗(yàn)上發(fā)現(xiàn)了一種新型反?；魻栃?yīng)產(chǎn)生機(jī)制，提供了一個(gè)具有巨大反?；魻栯妼?dǎo)的反鐵磁材料，還展示了非本征反常霍爾效應(yīng)的磁場(chǎng)可控性，為非本征反?；魻栃?yīng)的應(yīng)用打開(kāi)了一扇窗戶(hù)。

上科大為該研究成果第一完成單位，上科大拓?fù)湮锢韺?shí)驗(yàn)室助理研究員夏威、拓?fù)湮锢韺?shí)驗(yàn)室工程師白波、中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所鐘志誠(chéng)課題組博士后陳雪嬌、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)沈大偉教授課題組博士研究生楊逸塵為論文共同第一作者，鐘志誠(chéng)教授、沈大偉教授、王文波教授和郭艷峰教授為共同通訊作者。

論文標(biāo)題：Giant domain wall anomalous Hall effect in a layered antiferromagnet EuAl₂Si₂

論文鏈接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.216602