近日，中科院合肥物質(zhì)院強磁場(chǎng)中心低功耗量子材料研究團隊與北京理工大學(xué)姚裕貴教授團隊合作，在PT-對稱(chēng)（空間-時(shí)間反演聯(lián)合對稱(chēng)）的反鐵磁材料中發(fā)現了由面內磁場(chǎng)誘導的反常霍爾效應。相關(guān)研究成果發(fā)表在《物理評論快報》(Physical Review Letters)上。

　　反常霍爾效應是諸多低功耗量子效應的物理原形，也是拓撲量子物態(tài)發(fā)展的重要基石。在通常的反常霍爾效應中，材料的磁化、電場(chǎng)和霍爾電流三者彼此垂直。理論分析發(fā)現時(shí)間反演對稱(chēng)性破缺并不限制磁化方向或磁化類(lèi)型。原則上，材料中允許非常規的反常霍爾效應，比如霍爾電流、磁化/磁場(chǎng)和電場(chǎng)處在同一個(gè)平面內，即面內反常霍爾效應（in-plane anomalous Hall effect）。此前，關(guān)于面內反常霍爾效應的研究主要集中在具有非零的磁化的鐵磁和亞鐵磁體系，然而迄今仍缺乏相關(guān)的實(shí)驗證據。

　　在本工作中，研究團隊聚焦于PT-對稱(chēng)的反鐵磁材料，其能帶在整個(gè)布里淵區都是二重簡(jiǎn)并的，使得貝里曲率和通常的反常霍爾電導為零。研究團隊發(fā)現面內磁場(chǎng)通過(guò)自旋傾斜效應，破缺能帶簡(jiǎn)并，進(jìn)而產(chǎn)生面外的貝里曲率和大的反常霍爾效應。研究團隊還提出，在PT-對稱(chēng)的反鐵磁體中，實(shí)現面內反常霍爾效應普遍的對稱(chēng)性條件，并給出完整的相關(guān)磁空間群列表。研究團隊利用第一性原理計算了兩類(lèi)代表性材料體系 (CuMnAs和VS₂-VS異維超晶格，分別如下圖(a)、(c)所示）的面內反常霍爾電導率(下圖(b)和(d))，證實(shí)了面內反常霍爾效應的理論。此外，理論與實(shí)驗合作的VS₂-VS異維超晶格中面內反常霍爾效應的工作去年發(fā)表在《自然》雜志上 [Nature 609, 46 (2022)]。研究團隊的工作豐富了反常霍爾效應家族，也為反鐵磁材料在低功耗電子學(xué)和拓撲電子學(xué)中的應用提供了理論基礎。

　　北京理工大學(xué)博士生曹晉、蔣偉教授為論文共同第一作者，強磁場(chǎng)中心周建輝研究員與北京理工大學(xué)姚裕貴教授為論文共同通訊作者。北京理工大學(xué)周家東教授、李小平博士以及強磁場(chǎng)中心博士生涂岱峰為論文的合作者。該項研究工作得到國家自然基金委、合肥物質(zhì)院院長(cháng)基金等項目的支持。

　　相關(guān)工作鏈接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.130.166702

　　(a) CuMnAs晶體結構示意圖。(b) CuMnAs中面內反常霍爾電導。（c）VS₂-VS異維超晶格結構示意圖。（d）VS₂-VS異維超晶格中面內反常霍爾電導。