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朱增偉教授團隊在非共線反鐵磁手性磁疇壁行為上取得重要進展
發布時間:2019-07-10

7月9日财富彩票手机客户端,《自然·通訊》(Nature Communications)在線刊發了華中科技大學物理學院強磁場物理研究所朱增偉教授團隊關于非共線反鐵磁手性磁疇壁行為的研究成果。該論文標題為“Chiral domain walls of Mn3Sn and their memory”,我校為論文第一單位,物理學院強磁場物理研究所朱增偉教授和高端外國專家Kamran Behnia教授為論文通訊作者财富彩票手机客户端,物理學院16級直博生李小康為論文第一作者,17級博士生許良才和國家脈沖強磁場科學中心左華坤工程師參與相關工作。

反鐵磁體系是一類在基礎研究上具有非常重要研究意義且具有重要應用價值的材料,是近些年電子自旋器件的重要研究對象,國際頂級雜志《自然·物理》(Nature Physics)和《現代物理評論》(Review of Morden Physics)曾于2018年分別進行尣聘徊势笔只突Ф耍刊約稿綜述報道反鐵磁電子自旋器件研究和展望。反鐵磁材料擁有眾多優異的性能,例如在某些反鐵磁材料里能擁有比鐵磁體系更大或相當的反?;魻栃ˋHE)、反常能斯特效應(ANE)、反常里紀-勒杜克效應(ARLE)。其中,Mn3Sn是一種反鐵磁轉變溫度高達420K的室溫Kagome非共線反鐵磁材料,可以成為一種非常好的室溫電子自旋器件的研究平臺。

朱增偉教授團隊早在2015年便敏銳地發現了Mn3Sn反鐵磁體系研究的重要性,并開始扎根于該體系的研究,目前已取得一系列成果财富彩票手机客户端,成為國際上該體系輸運實驗研究的三大課題組之一,同時也是最年輕的課題組。該團隊于2017年在國際上第一次報道了非共線反鐵磁中的反常能斯特和里吉-勒杜克效應(PRL, 2017, 119.056601),引起國際廣泛關注财富彩票手机客户端,隨后于2018年在美國物理學會三月會議(APS March Meeting)作邀請報告。2018年,他們第一次報道了非共線反鐵磁材料中的拓撲霍爾效應并提出貝瑞曲率可隨磁矩方向旋轉的理論(SciPost Physics 5 (6), 063)。最近财富彩票手机客户端,他們又提出了一種新的魏德曼-弗蘭茲定律違背機制(arXiv:1812.04339)。此次研究也是該體系的研究成果之一。

該研究中,朱增偉團隊利用脈沖強磁場實驗裝置的電輸運平臺,對Mn3Sn橫向電磁輸運特性和橫向磁化性質進行研究,發現了三種新的物理效應,分別是:一種新機制產生的平面霍爾和能斯特效應(planar Hall and planer Nernst effect),橫向磁化效應(transverse magnetization),以及手性磁疇翻轉記憶效應(memory effect)。傳統的霍爾效應是在垂直于磁場和電流的方向上進行觀測,但平面霍爾效應打破了這種固定思維。研究發現,當用外部磁場調控晶體內部磁疇翻轉時,在磁疇壁(domain wall)的精細結構中可以存在與外部磁場方向垂直的自旋磁矩狀態,這些垂直的自旋磁矩可以在晶體內部產生高達50特斯拉的虛擬內場财富彩票手机客户端,所以即使在平行于磁場的方向,也能觀察到平面反?;魻栃?,如圖1所示。同時财富彩票手机客户端,傳統磁化測量是在與磁場平行的方向進行探測财富彩票手机客户端,該團隊巧妙地利用二維電子氣(2DEG)霍爾探測芯片緊貼在樣品表面,通過轉角,在與外磁場垂直方向上探測到了非常大的橫向磁化效應,如圖2所示。

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為了更深入地理解這些新發現的現象,該團隊提出了一種Mn3Sn的自旋晶格結構,見圖3。從磁場導致的單疇到反向磁場的單疇過程,可根據不同磁疇內部的自旋轉向構型就可以解釋四種翻轉過程順時針上(下)、逆時針上(下)翻轉,成功解釋了所有的實驗發現?;诖死碚摰姆治?财富彩票手机客户端,還成功預言并實驗觀測到了一種新的記憶效應(圖4),即樣品所經歷的先驅磁場記憶,可以對平面霍爾效應和橫向磁化的信號進行正負符號的開關切換,有望用于記憶器件财富彩票手机客户端。

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朱增偉教授現為我校物理學院強磁場物理研究所凝聚態輸運團隊負責人,目前該團隊已掌握了高質量單晶生長,強磁場物理、極低溫物理等極限條件下物理輸運測量,高精度熱電、熱輸運測量等技術優勢财富彩票手机客户端,在強場物理領域研究和反鐵磁輸運體系研究等方向取得了系列重要成果,包括《物理評論快報》(Physical Review Letters)(2015;2017)、《自然·通訊》(2017)、《物理評論X》(Physical Review X)(2019),并多次在美國物理學會三月會議作邀請報告(2017;2018),研究水平達到國際頂尖水平,獲得了國際廣泛認可。其中,團隊成員李小康為華中師范大學物理學基地班保送生财富彩票手机客户端,研究生期間學習認真刻苦,科研能力強财富彩票手机客户端,于2017年以第一作者在PRL發表了關于Mn3Sn的橫向熱導研究财富彩票手机客户端。

該研究得到了國家自然科學基金、國家重點研發計劃、中央高?;究蒲袠I務費及我校高端外專項目等支持。

論文鏈接:https://www.nature.com/articles/s41467-019-10815-8

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