近期，中科院合肥研究院強磁場中心陸輕鈾研究員、馮啟元博士與韓國國立首爾大學Tae Won Noh教授、王凌飛等人合作，利用自制的高靈敏磁力顯微鏡系統，微觀上精確鑒別出SrRuO₃（SRO）超薄膜中厚度差僅為1單胞（unit cell，簡稱u.c.）的兩種不同厚度（4u.c.和5u.c.）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于雙通道疊加，而非來自磁斯格明子。該結果，對比前期工作中BaTiO₃/SrRuO₃異質結中界面對稱性破缺誘導產生磁斯格明子的情形，是一個很好的補充，也為基于SRO薄膜材料體系中霍爾異常的理解提供了微觀機制證據。相關研究結果發表在Nano Letters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：其可能起源于磁斯格明子導致的拓撲霍爾效應（THE），也可能起源于不均勻反常霍爾效應（AHE）的疊加效果（見圖1）。前期工作中，陸輕鈾研究員、馮啟元博士與韓國國立首爾大學Tae Won Noh教授、王凌飛等人合作，利用自制磁力顯微鏡系統（MFM），直接觀測到BaTiO3/SrRuO3異質結中的磁斯格明子，證實了基于SRO的BaTiO₃/SrRuO₃異質結體系中霍爾測量異常的THE成因。然而對于單層SRO薄膜，其霍爾異常的原因尚不確定。

　　為此，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，結合宏觀輸運測量以及MFM成像，發現厚度調制對SRO的AHE及其磁結構起決定性作用，提出了AHE的雙通道疊加模型，即樣品厚度的不均勻導致了AHE的不均勻，而不同AHE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，理論上應在厚度調制的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后翻轉。然而，這在實驗上是困難的，不僅要實現對厚度僅為幾個單胞的磁性極弱超薄膜中的磁結構進行成像，更要在一個臺階寬度內精準分辨出4u.c.與5u.c.（厚度差小至1u.c.）磁結構之不同，且要隨著磁場的演變，最終分辨出他們在不同矯頑場下各自的翻轉過程。然憑借自制MFM的超高靈敏度優勢，終實現了這些磁結構變化的微觀成像，實驗結果見圖2。如圖2e所示，2T下，同一個臺階內的4u.c.與5u.c.都處于飽和狀態，但展現出不同的對比度，從而在磁學上分辨出了二者的不同。隨著磁場的反向并增強，成功在-0.8T與-1.2T下分別觀測到4 u.c.與5 u.c.的先后翻轉過程。

　　該研究不僅在微觀上證實了雙通道AHE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。

　　圖1：SRO中霍爾測量異常的兩種可能：THE成因（圖片上排）和不均勻AHE疊加（圖片下排）

　　圖2：MFM測量結果。(a) 4.5 u.c. SRO薄膜M-H曲線。(b) 4.5 u.c. SRO薄膜樣品示意圖，一個臺階寬度上實際包括4 u.c.與5 u.c.兩種不同厚度（c）AFM形貌圖。（d-p）MFM測量結果。圖e所示，2 T飽和磁場下，4 u.c.與5 u.c.兩種不同厚度表現不同的對比度。