基爾霍夫定律疊加原理實驗體會（我科學家驗證雙通道反常霍爾效應疊加機理）

2023-04-17 14:57:42

科技日報記者吳長鋒

記者從中科院合肥研究院獲悉，該院強磁場中心陸輕鈾研究員與其合作者合作，利用自製的高靈敏磁力顯微鏡系統，微觀上精確鑑別出氧化物超薄膜（SRO）中厚度差僅為1單胞（簡稱u.c.）的兩種不同厚度的微觀磁結構之不同，從而驗證了該體系中反常霍爾效應起源於雙通道疊加，而非來自磁斯格明子。相關研究結果日前發表在《納米快報》上。

SRO薄膜中霍爾測量結果異常（霍爾電阻測量中的正反峰）的原因一直飽受爭議，原因是：其可能起源於磁斯格明子導致的拓撲霍爾效應，也可能起源於不均勻反常霍爾效應的疊加效果，對於單層SRO薄膜，其霍爾異常的原因尚不確定。

合作團隊通過生長出高質量的SRO薄膜，控制厚度這一單一變量，發現厚度調製對SRO的反常霍爾效應及其磁結構起決定性作用，提出了反常霍爾效應的雙通道疊加模型，即樣品厚度的不均勻導致了反常霍爾效應的不均勻，而不同反常霍爾效應的疊加又造成了SRO薄膜的霍爾測量異常。根據該雙通道疊加模型，通過微觀磁成像研究手段，理論上應在厚度調製的SRO薄膜中觀測到與樣品臺階形貌密切相關的長條形磁結構，且不同厚度具有不同的矯頑場與飽和磁化強度，應觀測到不同厚度對應的磁結構在不同磁場下的先後翻轉。

科研人員然憑藉自製磁力顯微鏡系統的超高靈敏度優勢，終實現了這些磁結構變化的微觀成像，實驗結果展現出不同的對比度，從而在磁學上分辨出了二者的不同。隨著磁場的反向並增強，成功觀測到4u.c.與5u.c.的先後翻轉過程。

該研究不僅在微觀上證實了雙通道反常霍爾效應疊加機理的正確性，也為如何精確調控氧化物薄膜的反常霍爾效應提供了實驗依據。