近日，上?？萍即髮W(xué)物質(zhì)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院拓?fù)湮锢韺?shí)驗(yàn)室郭艷峰教授、王文波教授等研究團(tuán)隊(duì)通力合作，在拓?fù)浯判圆牧?/span>EuAl₂Si₂中取得了重要研究進(jìn)展，發(fā)現(xiàn)其巨大的平面霍爾信號(hào)并非如傳統(tǒng)拓?fù)洳牧现谐Ｒ?jiàn)的那樣源于手性反?；騼?nèi)稟的貝里曲率，而是由多種經(jīng)典機(jī)制共同驅(qū)動(dòng)。這一成果以“Multi‐Origin Driven Giant Planar Hall Effect in Topological Antiferromagnet EuAl₂Si₂ with Tunable Spin Texture”為題在線(xiàn)發(fā)表于《先進(jìn)功能材料》（Advanced Functional Materials）。

圖1. EuAl₂Si₂單晶的磁學(xué)性質(zhì)。(a)-(b)磁化率及等溫磁化曲線(xiàn)；(c)-(e) 6 K、外磁場(chǎng)垂直 ab 面時(shí)0 T、3.8 T、4.7 T 下磁力顯微鏡圖像；(f)-(h) 分別為(c)-(e)對(duì)應(yīng)的自旋結(jié)構(gòu)示意圖。

EuAl₂Si₂是一種具有三角晶系結(jié)構(gòu)的層狀反鐵磁材料，在低于奈爾溫度（約33.6 K）時(shí)呈現(xiàn) A 型反鐵磁序，其自旋結(jié)構(gòu)為層間反鐵磁、面內(nèi)鐵磁且自旋平行于ab面。該材料的獨(dú)特之處在于其在大約4特斯拉外加磁場(chǎng)下可實(shí)現(xiàn)從反鐵磁軸子絕緣體到鐵磁外爾半金屬的拓?fù)湎嘧?，同時(shí)其自旋結(jié)構(gòu)（如周期性平行排列的條紋狀磁疇的周期）可通過(guò)磁場(chǎng)連續(xù)調(diào)控（圖1），為研究自旋織構(gòu)與電子輸運(yùn)的耦合提供了理想平臺(tái)。

圖2. 示意圖揭示了其顯著平面霍爾效應(yīng)的起源。在順磁態(tài)，平面霍爾效應(yīng)源于被抑制的自旋漲落；而在鐵磁相，經(jīng)典軌道效應(yīng)占據(jù)主導(dǎo)。

研究團(tuán)隊(duì)成功提取出本征的平面霍爾電阻與各向異性磁電阻信號(hào)，在2 K低溫與 8 T強(qiáng)磁場(chǎng)條件下，EuAl₂Si₂的平面霍爾效應(yīng)幅度可達(dá)約3.8 μΩ·cm，并表現(xiàn)出典型的 sinθcosθ 角度依賴(lài)關(guān)系。深入分析表明，其主導(dǎo)機(jī)制隨磁有序狀態(tài)變化而不同：在鐵磁態(tài)，平面霍爾效應(yīng)主要來(lái)源于經(jīng)典軌道磁電阻效應(yīng)，表現(xiàn)為垂直磁場(chǎng)方向電阻率 ρ_?與磁感應(yīng)強(qiáng)度B的二次方成正比；在順磁區(qū)，該效應(yīng)則主要由磁場(chǎng)對(duì)熱自旋漲落的抑制所主導(dǎo)。研究中未觀(guān)察到拓?fù)涫终鞣闯５臉?biāo)志性負(fù)磁電阻行為。此外，由于外爾點(diǎn)位于費(fèi)米能以下約57 meV 處，拓?fù)鋺B(tài)在實(shí)驗(yàn)條件下難以被熱激發(fā)參與輸運(yùn)，因此貝里曲率相關(guān)的貢獻(xiàn)可以忽略。

為深入甄別平面霍爾效應(yīng)的物理機(jī)制，研究團(tuán)隊(duì)繪制了ρ_xy–ρ_xx（ρ_xy為霍爾電阻，ρ_xx 為縱向磁阻）參數(shù)軌跡圖。在鐵磁態(tài)下，軌跡圖像呈現(xiàn)典型的“沖擊波”式非對(duì)稱(chēng)擴(kuò)展特征，這是經(jīng)典軌道散射的明確證據(jù)；而在順磁態(tài)下則表現(xiàn)為圓對(duì)稱(chēng)擴(kuò)展模式，反映了自旋漲落受抑制導(dǎo)致的散射行為。這些結(jié)果清晰表明，盡管 EuAl₂Si₂是具有非平庸能帶拓?fù)涞耐鉅柊虢饘?，其平面霍爾效?yīng)卻主要由非拓?fù)涞慕?jīng)典機(jī)制所主導(dǎo)。

該研究首次在同一拓?fù)浯朋w中系統(tǒng)揭示了平面霍爾效應(yīng)在不同磁相中的多機(jī)制來(lái)源，強(qiáng)調(diào)了在分析拓?fù)洳牧想娮虞斶\(yùn)現(xiàn)象時(shí)準(zhǔn)確區(qū)分拓?fù)渑c非拓?fù)湟蛩氐闹匾浴?/span>EuAl₂Si₂材料中自旋織構(gòu)、磁序與能帶拓?fù)涞目烧{(diào)性相結(jié)合，為設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)新型自旋電子學(xué)器件、高靈敏度磁傳感器以及拓?fù)淞孔釉峁┝诵碌牟牧掀脚_(tái)與物理基礎(chǔ)。

本研究工作中，上?？萍即髮W(xué)博士研究生劉祥麒、碩士生羅伊軒與來(lái)自鄭州航空工業(yè)管理學(xué)院的交流訪(fǎng)問(wèn)碩士生朱子怡為共同第一作者，上?？萍即髮W(xué)郭艷峰教授、王文波教授、拓?fù)湮锢韺?shí)驗(yàn)室助理研究員夏威博士和鄭州航空工業(yè)管理學(xué)院陳雷明教授為共同通訊作者。上?？萍即髮W(xué)為第一完成單位。

論文標(biāo)題：Multi-Origin Driven Giant Planar Hall Effect in Topological Antiferromagnet EuAl₂Si₂ with Tunable Spin Texture

論文鏈接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202522699