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Enormous Berry-Curvature-Based Anomalous Hall Effect in Topological Insulator (Bi, Sb)2Te3 on Ferrimagnetic Europium Iron Garnet beyond 400 K
三維拓樸絕體碲化鉍銻/垂直磁異向性銪鐵石榴石之異質結構中的巨大貝里曲率基異常霍爾效應且持續到溫度400 K
W.-J. Zou, M.-X. Guo, J.-F. Wong, Z.-P. Huang, J.-M. Chia, W.-N. Chen, S.-X. Wang, K.-Y. Lin, L. B. Young, Y.-H. G. Lin, M. Yahyavi, C.-T. Wu, H.-T. Jeng, S.-F. Lee, T.-R. Chang (張泰榕),* M. Hong (洪銘輝),* and J. Kwo (郭瑞年)*
2022/12/07
拓樸絕緣體因其具有時間反演對稱之表面拓樸態，初期研究摻雜微量磁性物質以調控表面拓樸態達到量子反常霍爾效應，被視為是下一個世代的電子自旋元件的重要材料之一。近年來我們採用的研究方式，乃是基於“磁鄰近效應”，藉由具垂直磁異向性之鐵磁絕緣體(如：銪鐵石榴石EuIG)，來破壞拓樸絕緣體(如：碲化鉍銻(Bi,Sb)2Te3 (BST))的時間反演對稱性，得以在較高的溫度環境(400 K)下研究反常霍爾效應。我們於室溫環境(300 K)觀察到在以拓樸絕緣體為基底的雙層結構中反常霍爾電阻值(高達8 Ω)的最大紀錄，遠遠超越過去發表的最高紀錄(0.28 Ω)約三十倍。此外，與成大張泰榕教授合作，進行密度泛函理論計算，藉施加一個賽曼場和局域電位於BST中，且於化學勢-0.1 eV到0.1 eV的區間內，反常霍爾效應的磁滯曲線方向沒有改變，與在調變閘極偏壓(化學勢)之實驗中顯示的結果相吻合，顯示該反常霍爾效應來自於拓樸絕緣體的本質狀態改變(磁鄰近效應導致時間反演對稱破壞)。我們結合拓樸絕緣體與磁絕緣體成長出優異的薄膜異質結構並輔與元件製程，在室溫與更高的溫度(400 K)環境下，首次觀察到碩大的反常霍爾效應，因此於發展拓樸量子材料以製作室溫自旋電子學的元件中，將在先進磁記憶技術上帶來重大的突破。