我学者发现铱氧化物超晶格中的反常霍尔效应
2022-07-28 14:49:51 - 媒体滚动
科技日报记者吴长锋
记者从中科院合肥研究院获悉，该院强磁场中心低功耗量子材料研究团队郝林研究员与合作者合作，发现了铱氧化物超晶格中由电子关联和电子拓扑相互作用诱导出的巨大自旋能隙和非单调反常霍尔效应现象，为关联电子体系的晶体设计和演生现象研究提供新思路。相关研究成果日前发表在《物理评论X》上。
依据材料中电子-电子关联作用强度，量子材料大致被分为三类，即弱关联材料、强关联材料以及位于两者之间的中度关联材料。在弱关联材料中，电子做近独立的自由运动，晶体对称性多反映于材料的电输运性质，这一类材料包括绝大多数的拓扑材料，其电子态存在受拓扑保护的稳健性。在强关联材料中，电子具有强烈局域化特征，只能通过虚跃迁的方式往来于不同格点，由此产生一系列磁性绝缘体，晶体对称性的不同决定了其中丰富的磁性结构。与上述两种极限情况不同的是，目前尚没有合适的理论手段处理中度关联电子体系，而相关的实验工作则更少，在中度关联电子体系中关联与拓扑会有何相互作用，以及会带来何种演生现象是当前国际研究前沿。
针对这一问题，研究人员利用原子级精度外延制备技术合成了一批具有中度电子关联强度的铱氧化物人工超晶格，通过选择性破坏晶体对称性引入了非平庸的自旋依赖电子跃迁，由此带来的非平庸拓扑结构诱导出类似于弱关联极限下的反常霍尔效应。
为进一步揭示反常霍尔效应的物理机制，研究人员依托稳态强磁场大科学装置，通过施加30T强磁场克服样品本身巨大的矫顽场，获得了反常霍尔效应在低温下完整磁场依赖关系，证明此单带体系中霍尔电导随温度变化的非单调关系，其本质是反铁磁序和载流子退局域化的自我竞争效应。