近日，重慶大學(xué)王銳教授和許東輝教授團(tuán)隊(duì)在交錯(cuò)磁性研究領(lǐng)域取得重要進(jìn)展。該團(tuán)隊(duì)提出了一種利用拓?fù)浣^緣體異質(zhì)結(jié)探測(cè)交錯(cuò)磁體中特有的倒易空間(k空間)自旋極化新方案。相關(guān)研究成果以“Probing k-Space Alternating Spin Polarization via the Anomalous Hall Effect”為題，發(fā)表于國(guó)際頂級(jí)物理學(xué)期刊《物理評(píng)論快報(bào)》(Physical Review Letters) [ Phys. Rev. Lett. 135, 096602 (2025)]。

該成果由重慶大學(xué)、湖北大學(xué)和深圳技術(shù)大學(xué)研究者共同完成。湖北大學(xué)特任研究員陳銳為論文第一作者，重慶大學(xué)物理學(xué)院博士生王梓名為第二作者。重慶大學(xué)王銳教授和許東輝教授為通訊作者。論文作者還包括湖北大學(xué)周斌教授和深圳技術(shù)大學(xué)孫海鵬博士。

圖1：交錯(cuò)磁體、鐵磁體和反鐵磁實(shí)空間和倒易空間對(duì)比示意圖。

圖片來(lái)自：L. ?mejkal, et al, Phys. Rev. X 12, 040501 (2022).

交錯(cuò)磁性(Altermagnetism)是最近發(fā)現(xiàn)的一種基本磁序，它在對(duì)稱(chēng)性分類(lèi)上不同于傳統(tǒng)的鐵磁與反鐵磁序，被視為“第三種磁序”。交錯(cuò)磁體的一大特性是：它和反鐵磁體一樣，凈磁矩為零，不產(chǎn)生外部雜散場(chǎng)；但同時(shí)，其電子能帶在k空間展現(xiàn)出一種正負(fù)交替的自旋極化現(xiàn)象(圖1)。這一獨(dú)特性質(zhì)使其能夠表現(xiàn)出傳統(tǒng)磁性材料難以實(shí)現(xiàn)的巨大自旋劈裂和自旋電子學(xué)效應(yīng)，因而在研發(fā)高速、高密度、低功耗的自旋電子學(xué)器件方面展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。然而，如何從實(shí)驗(yàn)上直接并可靠地探測(cè)其獨(dú)特的k空間自旋織構(gòu)，是當(dāng)前該領(lǐng)域面臨的核心挑戰(zhàn)。

圖2：交錯(cuò)磁體/拓?fù)浣^緣體異質(zhì)結(jié)示意圖

針對(duì)這一挑戰(zhàn)，研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地提出構(gòu)建由交錯(cuò)磁體和拓?fù)浣^緣體組成的異質(zhì)結(jié)(圖2)。理論計(jì)算發(fā)現(xiàn)，交錯(cuò)磁性對(duì)時(shí)間反演對(duì)稱(chēng)性的破壞，會(huì)使得拓?fù)浣^緣體狄拉克表面態(tài)獲得能隙，進(jìn)而在外場(chǎng)調(diào)控下產(chǎn)生一種交替變化的半量子化反常霍爾效應(yīng)。這種獨(dú)特的霍爾效應(yīng)信號(hào)的符號(hào)變化，直接反映了交錯(cuò)磁體k空間中自旋極化的交替特性(圖3)。因此，這種半量子化的反?；魻栃?yīng)可作為高精度的“探針”，用于表征交錯(cuò)磁體的k空間自旋極化。

圖3：d波交錯(cuò)磁體誘導(dǎo)產(chǎn)生交替變化半量子化霍爾電導(dǎo)

該探測(cè)方案具有良好的普適性，即使對(duì)于本身反常霍爾效應(yīng)缺失的交錯(cuò)磁體材料也同樣適用。研究團(tuán)隊(duì)還進(jìn)一步對(duì)該方案在具有不同對(duì)稱(chēng)性（如d波、g波和i波）的交錯(cuò)磁體中的應(yīng)用進(jìn)行了理論預(yù)測(cè)，并證實(shí)該探測(cè)信號(hào)在合理的無(wú)序條件下仍然非常穩(wěn)固，證明了其在真實(shí)材料體系中的可行性。這項(xiàng)工作為實(shí)驗(yàn)上深入探索交錯(cuò)磁體的物理性質(zhì)提供了重要理論指導(dǎo)。

該工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、重慶自然科學(xué)基金和中央高?；究蒲械软?xiàng)目的資助。

來(lái)源：物理學(xué)院

作者：許東輝