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研究配圖 1 - Mn?Sn 反手性磁結(jié)構(gòu) / 磁化壓電控制

一方面，傳統(tǒng)磁存儲(chǔ)器中的鐵磁體，需要避免相鄰數(shù)據(jù)位（bit）的互相干擾，因而難以做到更加致密的封裝。

(資料圖片僅供參考)

另一方面，若利用由 Edwin Hall 在 1879 年發(fā)現(xiàn)的霍爾效應(yīng)（Hall Effect），則能夠在反鐵磁材料上施加垂直于電流方向的電壓。

研究配圖 2 - 拓補(bǔ)反磁體 Mn?Sn 在面內(nèi)單軸壓縮下的壓磁效應(yīng)

當(dāng)反磁體中的所有自旋都翻轉(zhuǎn)時(shí)，霍爾電壓的符號(hào)也會(huì)隨時(shí)改變 —— 這樣就可分別代表二進(jìn)制比特位的“0”或“1”數(shù)值。

尷尬的是，盡管科學(xué)家們?cè)缇椭獣粤髓F磁材料中的霍爾效應(yīng)，但直到最近，大家才認(rèn)可了它在反鐵磁體中的效應(yīng)、且知之甚少。

研究配圖 3 - Weyl 反鐵磁體的 AHE / 在面內(nèi)單軸應(yīng)變下的符號(hào)反轉(zhuǎn)

好消息是，來(lái)自日本東京大學(xué)、美國(guó)康奈爾大學(xué)、約翰·霍普金斯大學(xué)、以及英國(guó)伯明翰大學(xué)的聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)，剛剛對(duì) Weyl 反鐵磁體（Mn?Sn）中的“霍爾效應(yīng)”的最新解釋。

據(jù)悉，該材料具有特別強(qiáng)的自發(fā)霍爾效應(yīng)。而近日發(fā)表于《自然·物理學(xué)》期刊上的新論文，不僅對(duì)鐵磁體 / 反鐵磁體研究領(lǐng)域產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響、還引發(fā)了我們對(duì)下一代存儲(chǔ)設(shè)備的新思考。

研究配圖 4 - ferrohalic、parahallic 和 diahallic 狀態(tài)下 / 霍爾矢量 K 的不同應(yīng)變控制

作為一種“外爾半金屬”，Mn?Sn 并不是完美的反鐵磁體，且它具有微弱的外部磁場(chǎng)。在此基礎(chǔ)上，研究人員試圖搞清霍爾效應(yīng)是否由這種弱磁場(chǎng)引起。

實(shí)驗(yàn)期間，科學(xué)家們使用了由研究合著者、來(lái)自伯明翰大學(xué) Clifford Hicks 博士設(shè)計(jì)的裝置 —— 該裝置可用于向被測(cè)量材料提供可變的應(yīng)力。

擴(kuò)展數(shù)據(jù)圖 - 1：室溫下反鐵磁體中異常霍爾效應(yīng)的壓電轉(zhuǎn)換

通過(guò)將這種應(yīng)力施加到外爾反鐵磁體上，剩余的外部磁場(chǎng)就會(huì)有所增加。若霍爾效應(yīng)由磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)，那材料上的電壓就會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的影響。

然而事實(shí)表明，電壓并未發(fā)生實(shí)質(zhì)性的變化，證明了磁場(chǎng)并未在其中扮演重要的角色。相反，研究得出了另一個(gè)結(jié)論，即材料內(nèi)旋轉(zhuǎn)電子的排列、才是產(chǎn)生霍爾效應(yīng)的主因。

Clifford Hicks 表示：“實(shí)驗(yàn)證明了霍爾效應(yīng)是由傳導(dǎo)電子與其自旋電子的量子相互作用引發(fā)，這一發(fā)現(xiàn)對(duì)于我們深入了解和改進(jìn)磁存儲(chǔ)技術(shù)都至關(guān)重要”。

有關(guān)這項(xiàng)研究的詳情，還請(qǐng)移步至《Nature Physics》查看，原標(biāo)題為《Piezomagnetic switching of the anomalous Hall effect in an antiferromagnet at room temperature》。

關(guān)鍵詞：霍爾效應(yīng) 伯明翰大學(xué) 鐵磁材料