日本研究人员发现磁性半导体中“异常”的反常霍尔效应

新技术 2018年08月01日
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日本理化学研究所(简称“理研”)与东京大学组成的联合研发小组,利用“磁性半导体”钛酸铕(EuTiO3)制作了高品质单晶薄膜,发现通常与磁化强度成比例的反常霍尔效应值,会随着磁化出现各种不同的数值。

此次的研究成果有望实现将自旋方向一致的电子运动变为分出左右的全新自旋电子学功能。

通过以往的研究,人们已经知道在动量空间内产生磁单极子的能带交叉点(即外尔点)可以定量解释反常霍尔效应的本征机制。研发小组此次则发现,在铕(Eu)的磁矩通过外部磁场从反铁磁性向铁磁性排列的过程中,反常霍尔效应不受“与磁化强度成比例”这一通常规则的约束。另外还确认,出现这个现象的原因是,塞曼分裂只要发生微小的变化,就会改变在外尔点形成的磁单极子的能量位置,从而改变电子的轨道。通过提高EuTiO3薄膜的品质,发现了此前无法观测到的新的反常霍尔效应,同时定量地阐明了其起源为外尔点。

有关成果已于7月21日发表在美国在线科学杂志《科学进展》(Science Advances)上。

日本研究人员发现磁性半导体中异常的反常霍尔效应

图:被动量空间的磁单极子(红球)改变的电子的运动概念图

联合研发小组希望今后能进一步在类似EuTiO3这样的电子运动较大的氧化物薄膜上发现更多源自能带构造的各种新物理现象。

另外,如果能用电来控制外尔点的费米能量的位置,则有望通过器件验证将自旋方向一致的电子运动变为分出左右的全新自旋电子学功能。

文 客观日本编辑部

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