本論文は、ペロブスカイト型LSAT基板上にエピタキシャル成長させた反ペロブスカイト型Mn3NiN薄膜における、大きな異常ホール効果(AHE)の観測と、その起源、制御可能性に関する研究論文です。
研究チームは、まず、LSAT基板上に高品質なMn3NiN薄膜をエピタキシャル成長させることに成功しました。X線回折測定、反射高速電子線回折測定、原子間力顕微鏡観察の結果から、得られた薄膜は、高い結晶性と原子レベルで滑らか表面を持つことが確認されました。
磁化測定の結果、Mn3NiN薄膜は、240 Kで常磁性状態から非共線型のΓ4g反強磁性状態へと転移することが明らかになりました。この転移温度以下で、大きなAHEが観測されました。
観測されたAHEの大きさは、一般的な強磁性金属 comparable なものでしたが、Mn3NiN薄膜の正味の磁気モーメントは非常に小さく、従来の磁気モーメントに起因するAHEでは説明できませんでした。
研究チームは、第一原理計算を用いて、Mn3NiNのΓ4gスピン構造が非ゼロのベリー曲率を持つことを明らかにしました。このベリー曲率が、大きなAHEを生み出す要因であると結論付けられました。
Mn3NiN薄膜は、弱いながらも正味の磁気モーメントを持つため、外部磁場によって反強磁性ドメインを操作することが可能です。実際に、異なる磁場中で冷却したMn3NiN薄膜では、AHEの大きさが変化することが観測されました。
本研究は、Mn3NiN薄膜における大きなAHEが、ベリー位相に起因し、反強磁性ドメイン構造と外部磁場によって制御可能であることを示しました。この成果は、AHEを用いた新しいスピントロニクスデバイスの開発に道を拓くものです。
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