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SHMFF用户在室温铁磁材料Fe5-xGeTe2中发现反对称磁电阻及非常规霍尔效应

来源: 时间:2024-01-09 作者:苗伟婷

  稳态强磁场实验装置(SHMFF)用户中国科学院合肥物质院金太阳最新版下载安装低功耗量子材料研究团队依托SHMFF磁性测量系统,通过磁输运测量,在二维铁磁材料Fe5-xGeTe2纳米片中观测到非互易反对称磁电阻及非常规霍尔效应。相关研究成果以“Nonreciprocal Antisymmetric Magnetoresistance and Unconventional Hall Effect in a Two-Dimensional Ferromagnet”为题发表在国际知名期刊ACS Nano上。

  具有高居里温度(Tc)的二维铁磁材料在低维功能材料家族中占据着重要地位,在探索低维磁性奇异物理现象和自旋电子器件中的应用方面具有广泛的前景。作为一种典型的层状铁磁材料,Fe5-xGeTe2的居里温度高达310 K,在磁存储领域有潜在的应用价值。然而,由于Fe5-xGeTe2具有复杂的磁基态和对样品尺寸、外部磁场较为敏感的磁畴等特点,其磁输运性质以及与电子、晶格和磁畴结构之间的关联性尚需系统深入的研究。

  为此,研究团队制备了具有室温磁性的二维铁磁材料Fe5-xGeTe2单晶,并对其进行了一系列的磁输运性质研究。输运测量发现,在Fe5-xGeTe2块体样品中,随着温度的降低,其易磁化轴从面内变为面外。通过机械剥离,团队获得了不同厚度(7 nm ~ 50 nm)的Fe5-xGeTe2纳米片,进一步输运测试发现,随着样品厚度降低,在受限的Fe5-xGeTe2纳米片中,其磁输运行为表现出截然不同的特征,表明了该体系的磁性具有显著的厚度依赖性。与此同时,Fe5-xGeTe2纳米片还表现出反对称的磁电阻效应,即Rxx(H) ≠ Rxx(-H),以及非常规霍尔效应(UHE)。随后,通过对其温度、磁场取向和样品厚度相关性的细致分析,研究团队发现该材料中的条纹畴结构对磁阻起着关键作用,这种结构的存在使得材料在特定条件下产生额外的磁阻,从而影响其宏观电输运特性。这一发现不仅增加了我们对二维铁磁材料的理解,而且有望进一步拓展二维铁磁材料在自旋电子器件领域的应用前景。

  金太阳最新版下载安装博士研究生苗伟婷为该论文第一作者,田明亮研究员和牛群副研究员为共同通讯作者。该项研究得到了科技部重点研发计划、国家自然科学基金、合肥大科学中心创新培育等项目的支持。

  文章链接:https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsnano.3c08954 

 

图1 (a) 微纳器件示意图,(b) Fe5-xGeTe2微纳器件的电阻值及温阻系数随温度依赖性,(c) 85 K的纵向磁阻(MR)和霍尔电阻(Rxy),(d)非常规霍尔效应。

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