【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近期，中國科學(xué)院合肥物質(zhì)院強磁場中心低功耗量子材料研究團隊屈哲研究員、曾慶祺博士與中國科學(xué)院物理研究所磁學(xué)國家重點實驗室劉恩克研究員合作，在籠目晶格磁性外爾半金屬Co3Sn2S2中揭示了類似交換偏置效應(yīng)的等溫可調(diào)不對稱磁化行為，為調(diào)控這一磁性外爾體系的磁化翻轉(zhuǎn)提供了新的路徑，該成果發(fā)表在國際知名期刊Materials Today Physics上。
 

　　磁性外爾材料的磁性特性保證了體系時間反演對稱性的破缺，通過改變溫度、磁場、電場等條件來調(diào)控其磁化狀態(tài)，從而觀察到拓撲物理性質(zhì)的響應(yīng)。其中，Co3Sn2S2不僅具有硬磁性，還展現(xiàn)出由貝利曲率主導(dǎo)的拓撲輸運物性，這種結(jié)合自旋電子學(xué)和拓撲物理的特性，為開發(fā)新一代磁性拓撲器件提供了重要基礎(chǔ)。在磁存儲、自旋器件中，交換偏置效應(yīng)起著增強穩(wěn)定性、防止外界干擾等重要作用。此前的研究已在Co3Sn2S2體系中觀察到類交換偏置的現(xiàn)象[Nat. Commun.11, 560 (2020), Phys. Rev. B105, 144423 (2022)]，但其演化規(guī)律和起源還不清楚。
 

　　研究團隊通過測量Co3Sn2S2在不同磁化歷史下的霍爾回線和磁滯回線，在該體系中實現(xiàn)了偏置符號、大小等溫反復(fù)可調(diào)的不對稱磁化行為 [圖1(a–d)]，而當施加的外磁場足夠高時，正負矯頑力變得對稱，偏置現(xiàn)象消失 [圖1(e)]。進一步分析表明，這種不對稱磁滯回線的根源在于Co3Sn2S2體系中存在具有數(shù)特斯拉翻轉(zhuǎn)臨界場的硬磁性微觀磁態(tài)，當測量中施加的最高外磁場低于翻轉(zhuǎn)臨界場時，磁態(tài)保持原有取向，對磁化翻轉(zhuǎn)的單向作用主導(dǎo)了回線單側(cè)較低的矯頑力 [圖1(f)]，呈現(xiàn)出可調(diào)的類交換偏置的行為；而當外加磁場高于翻轉(zhuǎn)臨界場時，磁態(tài)被取向到外場方向，不再影響下一次反磁化過程，類交換偏置行為消失，回線變得對稱。
 

　　這一結(jié)果揭示了Co3Sn2S2中類交換偏置行為具有與傳統(tǒng)交換偏置行為截然不同的機制，這不僅加深了我們對Co3Sn2S2這一典型磁性外爾材料磁性的理解，還為調(diào)控磁化翻轉(zhuǎn)、進而調(diào)控拓撲輸運物性提供了新的思路。
 

　　強磁場中心曾慶祺博士為該工作第一作者，強磁場中心屈哲研究員和物理所劉恩克研究員為共同通訊作者。強磁場中心為該工作的第一單位。該項研究工作得到了國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院建制化科研項目、中國科學(xué)院青年團隊項目、安徽省重大專項、強磁場安徽省實驗室等的支持。
 

　　圖1 (a–d) 5 K等溫可調(diào)的不對稱霍爾回線(插圖示意加場過程)；(e) 足夠高的外加磁場下回線對稱，正負矯頑力達最大值；(f) 微觀局域磁態(tài)對磁化翻轉(zhuǎn)的影響示意圖。