中國科學院合肥物質所田明亮課題組：強關聯電子材料研究取得新進展

【成果簡介】

近日，中國科學院合肥物質科學研究院強磁場科學中心研究員田明亮課題組在強關聯電子材料Sr₄Ru₃O₁₀的平面磁結構研究方面取得新進展，相關研究以題為“In-plane magnetic anisotropy of the Sr4Ru3O10 nanosheet probed by planar Hall effect”發表在Applied Physics Letters上。

【圖文導讀】

圖1 磁場角θ_H作為測量的場的函數

其中H_c1⁺（H_c1^-）和H_c2⁺（H_c2^-）表示電阻切換的關鍵場。 HLS：高級狀態，MS：中間狀態，LLS：低級狀態

圖2 PHE的臨界場H_c1⁺和H_c2⁺

分別在(a) 20?K, (b) 40?K, (c) 60?K, and (d) 80?K時測得的數據

【研究內容】

鈣鈦礦釕氧化物Sr_n+1RunO_3n+1?(n=1, 2, ∞)蘊含著豐富的物理現象，包括p波超導電性(Sr₂RuO₄)和磁場誘導的量子臨界現象(Sr₃Ru₂O₇)等，一直引起著凝聚態物理學家的研究興趣。Sr₄Ru₃O₁₀是Sr_n+1RunO_3n+1體系中具有代表性的材料，是一種強各向異性鐵磁性材料，其鐵磁轉變溫度TC=105 K，磁矩主要沿c方向。以前的工作主要集中在對體材料的各向異性磁行為以及變磁轉變特性的研究上，對于納米尺度下Sr₄Ru₃O₁₀的磁性質知之甚少。最近，課題組博士生劉艷在副研究員楊繼勇的具體指導下，通過機械解離的辦法首次將Sr₄Ru₃O₁₀單晶的厚度推進到納米尺度，并通過輸運測量研究了Sr₄Ru₃O₁₀納米薄片的磁阻特性（New J. Phys. 18, 053019(2016), Phys. Rev. B 95, 161103(R)(2017)）。實驗發現，Sr₄Ru₃O₁₀納米薄片在ab-面內存在鐵磁序，而這與體材料中ab-面表現為順磁或反鐵磁的結果完全不同。

在此基礎上，課題組通過系統的轉角平面霍爾效應測量，進一步研究了Sr₄Ru₃O₁₀納米薄片中的面內磁各向異性。實驗發現，Sr₄Ru₃O₁₀納米薄片中的平面霍爾信號與磁場的方向有關，只有當磁場沿著I(或III)象限時，平面霍爾信號才會出現類似于“自旋閥”行為的不連續跳變，而當磁場沿著II(或IV)象限時，則無該跳變信號。出現該現象的原因是，當磁場沿著I(或III)象限時，納米薄片中的面內磁矩發生的是90°的翻轉，而當磁場沿著II(或IV)象限時，則發生的是180°的翻轉。這些結果清晰地表明，在Sr₄Ru₃O₁₀納米薄片中，其ab-面內不僅具有鐵磁序，并且該鐵磁序的易磁化方向還沿著[-110]方向。這為理解Sr₄Ru₃O₁₀中的奇異磁特性提供了新的思路。

本工作所用單晶由科羅拉多大學教授曹鋼提供。項目實施過程中得到了國家自然科學基金委、國際創新團隊以及合肥大科學中心等的支持。

原文鏈接：http://paper.sciencenet.cn//htmlpaper/201782938204144568.shtm

文獻鏈接：In-plane magnetic anisotropy of the Sr4Ru3O10 nanosheet probed by planar Hall effect（Applied Physics Letters,2017,DOI:10.1063/1.4993936?）

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