范德华材料中由非共面反铁磁阶驱动的自发拓扑霍尔效应

铁磁体是被磁化并在暴露于外部磁场时保持磁化的材料。在这些材料中，电流通常感应出所谓的横向霍尔电压(即电子偏转产生的电压)，该电压与其内部磁化成正比。

虽然这种效应被称为霍尔效应，在铁磁体中被广泛记录，但预计不会自发发生在反铁磁体中，其中相邻离子表现得像磁铁，以规则模式排列，相邻自旋朝向相反方向。然而，最近的理论研究表明，非共面反铁磁序可能会在材料中引起大的自发霍尔效应，而无需对它们施加外部磁场。

东京大学和RIKEN新兴物质科学中心(CEMS)的研究人员最近进行了实验，在两种范德华材料上测试了这一假设，即CoTa。3S6和辅酶链3S6.他们的研究结果发表在《自然物理学》上，证实以标量自旋手性为特征的特定非共面反铁磁阶可以在这些化合物中引发大而自发的拓扑霍尔效应。

“霍尔效应(即电流感应产生横向电压)是最基本的电子传输现象之一，它通常与铁磁体中的磁化成比例(即异常霍尔效应)，”进行这项研究的研究人员之一Shinichiro Seki告诉 Phys.org。“另一方面，最近的理论研究预测，即使没有磁化或外部磁场，非共面自旋排列也可以引起巨大的霍尔效应，因为传导电子感受到与相邻自旋跨越的立体角成比例的虚构磁场。

受到以前工作的启发，Seki和他的同事着手证明自发拓扑霍尔效应，最近的理论预测将在具有特定类型的非共面反铁磁阶的材料中发生。他们特别关注两种具有三角晶格和小净磁化强度的化合物。

“我们选择了CoTa。3S6和辅酶链3S6作为目标材料，“Seki说。“为了澄清它们的详细自旋排列，我们进行了中子散射实验。通过分析磁布拉格反射的消光规律和强度，明确建立了全进全出型自旋排列。

Seki和他的同事进行的实验最终证实了理论预测，表明在一些反铁磁体中可以发生相当大的自发霍尔效应，而不需要外部磁场。进一步的分析表明，这种效应可能源于研究小组检查的化合物的标量自旋手性，其产生虚构磁场。

“我们的结果表明，即使没有磁化或外部磁场，非共面自旋排列也可以引起巨大的拓扑霍尔效应，”Seki解释说。“这种现象能够读出反铁磁畴的电读数，并且表明非共面反铁磁体可以用作一种新的信息介质。

总体而言，这项最新研究的结果强调了利用材料的标量自旋手性在非共面反铁磁体中实现巨大自发霍尔响应的前景。未来，这可能为该领域的进一步研究铺平道路，有可能拓宽目前物理研究和技术发展的视野。

“由于虚构磁场起着与磁化类似的作用，因此非共面反铁磁体有望承载与铁磁体相似的功能响应，”Seki补充道。“在这样的系统中，预计虚拟磁场不仅会引起拓扑霍尔效应，还会引起各种奇特现象，例如拓扑磁光效应和拓扑能斯特效应，其振幅可以与典型的铁磁体相当甚至更大。后一种现象的实验证明将是我们的下一个目标。

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