High-precision realization of robust quantum anomalous Hall state in a hard ferromagnetic topological insulator
Cui-Zu Chang, Weiwei Zhao, Duk Y. Kim, Haijun Zhang, Badih A. Assaf, Don Heiman, Shou-Cheng Zhang, Chaoxing Liu, Moses H. W. Chan, Jagadeesh S. Moodera
备注：
16 pages, 4 figures, this is the final version, accepted by Nature Materials, forthcoming
The discovery of the quantum Hall (QH) effect led to the realization of a topological electronic state with dissipationless currents circulating in one direction along the edge of a two dimensional electron layer under a strong magnetic field. The quantum anomalous Hall (QAH) effect shares a similar physical phenomenon as the QH effect, whereas its physical origin relies on the intrinsic spin-orbit coupling and ferromagnetism.Here we report the experimental observation of the QAH state in V-doped (Bi,Sb)2Te3 films with the zero-field longitudinal resistance down to 0.00013+-0.00007h/e2 (~3.35+-1.76 ohm), Hall conductance reaching 0.9998+-0.0006e2/h and the Hall angle becoming as high as 89.993+-0.004degree at T=25mK. Further advantage of this system comes from the fact that it is a hard ferromagnet with a large coercive field (Hc>1.0T) and a relative high Curie temperature. This realization of robust QAH state in hard FMTIs is a major step towards dissipationless electronic applications without external fields.
Electromotive forces generated in 3d-transition ferromagnetic metal films themselves under their ferromagnetic resonance
报道了3d过渡铁磁金属（FM = Fe，Co，Ni_（80）Fe_（20））薄膜在铁磁共振（FMR）作用下产生的电动势（EMF）特性。对于Fe和Co薄膜，由于反常霍尔效应产生的电动势主要是在它们的铁磁电阻下产生的。同时，对于Ni 80 Fe 20薄膜，主要是由于FMR下Ni 80 Fe 20薄膜本身的逆自旋霍尔效应产生的电动势。这种趋势定性地解释了不同的自旋极化，自旋霍尔电导率，反常霍尔电导率，磁化饱和，和FM膜的电阻率。
Ferromagnetic Anomalous Hall Effect in Cr-doped Bi$_2$Se$_3$ Thin Films via Surface-State Engineering
反常霍尔效应（AHE）是出现在磁性导体中的非线性霍尔效应，由内部磁性增强，超出普通霍尔效应的预期。随着最近在掺杂Cr或V的拓扑绝缘体（TI）（Sb，Bi）$_2$ Te $_3$薄膜中发现量子反常霍尔效应（QAHE），磁性TI中的量子反常霍尔效应引起了人们极大的兴趣。然而，该系统中的一个难题是，虽然Cr或V掺杂的（Sb，Bi）$_2$ Te $_3$和V掺杂的Bi $_2$ Se $_3$表现出AHE，但Cr掺杂的Bi $_2$ Se $_3$甚至未能表现出铁磁AHE，即QAHE的预期前身，尽管它是预测表现出QAHE的第一种材料。在这里，我们已经成功地实现了铁磁AHE在铬掺杂的Bi $_2$硒$_3$薄膜，利用表面状态工程计划。令人惊讶的是，在Cr掺杂的Bi $_2$ Se $_3$薄膜中观察到的铁磁AHE仅表现出正斜率，而与载流子类型无关。我们发现，这个符号问题可以解释的内在Berry曲率的系统计算从紧束缚模型结合第一性原理方法。
Non-uniform magnetization profile in ferromagnetic heterostructures leading to topological Hall effect like signatures
反常霍尔效应（Anomalous Hall effect，简称AHE）是指在垂直磁场作用下，电流通过铁磁材料时产生的一种与样品磁化强度成正比的效应，其额外的驼峰状特征通常归因于非平凡自旋织构的存在，从而导致拓扑霍尔效应（Topological Hall effect，简称THE）。然而，最近的一些报道强调，在铁磁SrRuO $_3$基异质结构的背景下，样品的不均匀性也可以导致THE-like功能。为了研究这个问题，在一般的任何铁磁异质结，我们已经考虑了一个唯象模型来计算由于各种界面效应的磁滞回线的形状的变化。磁化强度的这些变化已被占通过考虑的畴间磁耦合参数（$α$）与沿异质结构的生长方向从界面的距离呈指数变化。在铁磁体两侧界面对称的情况下，我们考虑了$α$作为高斯函数的变化。我们已经发现，在这种情况下，由于磁化的净变化而产生的附加AHE贡献类似于实验观察到的THE，即使我们在模型中没有明确考虑任何拓扑量。因此，我们提出了另一种情况下的非均匀磁化分布，可用于解释额外的功能，在AHE，这可能不一定是固有的THE。
Room temperature intrinsic anomalous Hall effect in disordered half-metallic ferromagnetic quaternary Heusler alloy CoRuFeSi
National Institute of Technology Andhra Pradesh（安得拉邦国立技术学院）；Indian Institute of Technology Hyderabad（海德拉巴印度理工学院）；Institute of Low Temperature and Structure Research, Polish Academy of Sciences（波兰科学院低温结构研究所）；Indian Institute of Technology Kanpur（坎普尔印度理工学院）；UGC-DAE Consortium for Scientific Research, Kolkata Centre（UGC-DAE科学研究中心加尔各答中心）
Large Anomalous Hall Effect in Topological Insulators with Proximitized Ferromagnetic Insulators
报道了由铁磁绝缘体Cr2 Ge 2 Te 6和拓扑绝缘体（Bi，Sb）2 Te 3组成的全碲化物异质结构中邻近驱动的大反常霍尔效应.尽管在（Bi，Sb）2 Te 3层的磁化小，异常霍尔电导率达到0.2e2/h的大值，符合铁磁响应的Cr2 Ge 2 Te 6。结果表明，拓扑绝缘体的表面态与邻近层Cr2 Ge 2 Te 6之间的交换耦合是有效的，并且足够强，可以打开表面态的交换能隙.
Effect of lattice geometry on magnon Hall effect in ferromagnetic insulators
本文研究了各种铁磁绝缘体磁振子的热霍尔效应。对于烧绿石铁磁绝缘体Lu $_2$ V $_2$ O $_7$、Ho $_2$ V $_2$ O $_7$和In $_2$ Mn $_2$ O $_7$，在居里温度$T_C$以下已经观察到有限的霍尔热导率。从温度和磁场的依赖性，得出结论，磁振子是负责的热霍尔效应。基于Dzyaloshinskiii-Moriya（DM）相互作用引起的动量空间Berry曲率的理论可以很好地解释磁振子的霍尔效应。该分析已扩展到具有钙钛矿结构的过渡金属（TM）氧化物。La $_2$、NiMnO $_6$和YTiO $_3$具有畸变的钙钛矿结构，晶胞中含有四个TM离子，热霍尔信号不存在或小得多。另一方面，在另一种铁磁钙钛矿氧化物BiMnO $_3$中，在$T_C$以下可辨别有限的热霍尔响应，其显示具有较大晶胞的轨道有序。烧绿石和钙钛矿绝缘体系中热霍尔效应的存在与否反映了DM诱导磁振子霍尔效应的几何和拓扑特征。
Quantum Anomalous Hall Effect in Magnetic Doped Topological Insulators and Ferromagnetic Spin-Gapless Semiconductors -- A Perspective Review
量子反常霍尔效应是电子学/自旋电子学输运应用中的无耗散手征边缘态的标志，可以在具有大自旋轨道耦合和强内禀磁化的材料中实现。在Halfman开创性的提议之后，已经提出了几种模型来控制/增强自旋轨道耦合和内禀磁交换相互作用。本文在简要介绍了无脊椎费米子的Halfton模型之后，重点讨论了以下三种基本的量子反常Hall模型：（i）磁掺杂拓扑绝缘体（Bi，Sb）2 Te 3薄膜的低能有效四带模型，（ii）磁性吸附原子的石墨烯的四带紧束缚模型，和（iii）具有蜂窝（kagome）晶格的铁磁自旋无隙半导体的两（三）带自旋紧束缚模型，其中基态是本征铁磁的。这些模型涵盖了二维Dirac材料中的无自旋、有自旋和自旋简并的Dirac点，其中各种质量项打开带隙并导致量子反常霍尔效应。重点讨论了铁磁交换作用驱动的拓扑相变及其与自旋轨道耦合的相互作用，讨论了对质量项性质的各种对称性约束以及这些模型的具体化。我们希望这项研究将有助于阐明量子反常霍尔材料的基本理论观点。
Strain-Induced Room-Temperature Ferromagnetic Semiconductors with Large Anomalous Hall Conductivity in Two-Dimensional Cr2Ge2Se6
通过密度泛函理论计算，我们预测了一个稳定的二维（2D）铁磁半导体Cr $_2$ Ge $_2$ Se $_6$，其中的居里温度$T$ $_c$可以显着提高超过室温，通过施加百分之几的应变。此外，2D Cr $_2$ Ge $_2$ Se $_6$和Cr $_2$ Ge $_2$ Te $_6$中的异常霍尔电导率被预测为与Fe和Ni的铁磁金属中的异常霍尔电导率相当，并且比稀磁半导体Ga（Mn，As）中的异常霍尔电导率大一个数量级。基于超交换相互作用，应变对二维Cr $_2$ Ge $_2$ Se $_6$中$T$ $_c$的增强可以通过Cr的3个$d$轨道和Se的4个$p$轨道之间能量差的减小来理解。我们的发现突出了通过应变获得室温铁磁半导体的微观机制。
Unambiguous separation of the inverse spin Hall and anomalous Nernst Effects within a ferromagnetic metal using the spin Seebeck effect
用铁磁金属Co $_{0.2}$ Fe $_{0.6}$ B $_{0.2}$（CoFeB）作为自旋探测器，测量了铁磁绝缘体Fe $_3$ O $_4$上的纵向自旋塞贝克效应.通过在两种材料（Ti）之间使用非磁性间隔物材料，可以使两种铁磁材料去耦，并直接观察从Fe $_3$ O $_4$到CoFeB的纯自旋流。结果表明，在单一铁磁金属中，逆自旋霍尔效应（ISHE）和反常能斯特效应（ANE）可以同时发生，但极性相反。利用这一点以及两个磁体之间矫顽场的巨大差异，可以明确地将自旋塞贝克效应的贡献与ANE分开，并观察每种效应对总响应的贡献程度。这些实验最终表明，ISHE和ANE在CoFeB是不同的起源独立的现象，可以共存于同一种材料中，对热梯度有相反的反应。
Alloying V in MnBi$_2$Te$_4$ for Robust Ferromagnetic Coupling and Quantum Anomalous Hall Effect
二维磁性拓扑绝缘体MnBi $_2$ Te $_4$中的本征反铁磁层间耦合限制了量子反常霍尔效应（QAHE）的稳定实现[Y. Deng等人，Science 367，895（2020）]。通过密度泛函理论计算，我们证明了调整的AFM耦合MnBi $_2$ Te $_4$薄膜的铁磁耦合的可能性，通过合金化约50%的V与Mn。结果，QAHE可以在不与偶数或奇数七重层交替的情况下实现。这提供了一个实用的策略，以获得稳健的QAHE在MnBi $_2$ Te $_4$膜，使他们有吸引力的技术创新。
Dependence of the Efficiency of Spin Hall Torque on the Transparency of Pt-Ferromagnetic Layer Interfaces
我们报告说，自旋电流传输跨铂铁磁体（FM）接口是强烈依赖于FM层的类型和厚度和后沉积处理协议。通过采用谐波电压测量和自旋扭矩铁磁共振测量，我们发现，在不同的界面条件下，Pt自旋霍尔效应施加阻尼类自旋扭矩FM的效率范围从< 0.05 to >0.10。我们还表明，温度依赖性的自旋扭矩效率的阻尼类扭矩和类场扭矩是依赖于Pt-FM接口的细节。在考虑界面自旋传输因子后，本研究中使用的Pt薄膜的“内部”自旋霍尔角估计为~ 0.20。这表明Pt-FM界面的精心设计可以提高Pt基自旋电子器件的自旋霍尔扭矩效率。
