北京
应变让莱斯大学研究人员分离出碲化锰中的单个磁畴并控制其电响应。
莱斯大学的研究人员找到了一种在碲化锰中分离出单个磁畴的方法，这让他们能够更清晰地观察其磁结构，并获得一种控制该材料电效应的新方式。
这项工作聚焦于交替磁性（altermagnetism），这是最近被认识到的一种磁性形式，可能为自旋电子学提供一条不同路径。研究人员对交替磁体感兴趣，是因为它们可能兼具铁磁体和反铁磁体的有用特性，同时有望实现更快、产热更低的信息处理。
挑战在于，碲化锰通常会形成多个磁畴，这些磁畴可能指向不同方向。它们的信号可能相互重叠，使人难以确定材料的内禀磁结构。
莱斯大学团队通过施加单轴应变、沿一个方向拉伸碲化锰来解决这个问题。这迫使材料进入单畴状态，从而能够被更清晰地测量。
拉伸揭示隐藏磁性
“像六方碲化锰这样的交替磁体通常会形成多畴结构，其中磁力分成若干分离的等价磁畴，这些磁畴朝不同方向旋转，以满足六方晶格固有的三重旋转对称性。”物理学与天文学萨姆和海伦·沃登讲席教授戴说。
“这些共存磁畴的信号可能重叠，使人很难知道实际的内禀磁结构是什么。在这里，我们能够施加单轴应变，从而得到单个磁畴，使我们能清楚地解析出内禀磁结构。”
单畴状态还使研究人员能够观察到材料反常霍尔效应中的一个尖锐特征。反常霍尔效应是指电流通过材料时，受其磁性质影响而在材料两端产生电压。
在约230开尔文（华氏零下45度）时，研究人员发现应变可以改变这一霍尔信号的极性。因此，可以在不大幅改变材料内禀磁相互作用的情况下切换电响应。
“通过施加单轴应变，我们终于能够解析碲化锰的磁结构。”莱斯大学研究生、共同第一作者 Sijie Xu 说，“这也使我们能够在反常霍尔信号中看到非常尖锐的特征，该信号描述的是电流流经材料时，因其磁结构而产生的横向电压。”
应变提供温度之外的替代调控手段
研究人员认为，这种可调性来自材料贝里曲率的变化。贝里曲率描述电子在材料电子结构中运动时的行为。
所需应变的幅度也很值得关注。团队计算表明，1%的应变变化所产生的效果，可能相当于温度改变约150开尔文。
温度通常被用来调控磁性质，但这种方法在实际电子器件中难以应用。如果机械应变最终能被集成到器件中，它可能提供另一种调控机制。
“本质上，我们可以利用这种单轴应变来调控反常霍尔效应，使其从一种电荷状态切换到另一种电荷状态。”共同第一作者、戴教授课题组的 Zhaoyu Liu 说，“由于磁相互作用基本保持不变，这一效应很可能源于应变引起的贝里曲率变化。”
研究人员认为，这一结果是朝着在自旋输运技术中应用交替磁体迈出的早期一步，这些技术包括未来存储器件和高频电子器件。
“这项工作使我们离在下一代自旋输运应用中调控交替磁体又近了一步。”戴说。
这项研究发表在《物理评论 X》上。
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