穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場實(shí)驗(yàn)裝置（SHMFF）用戶中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)陳仙輝院士團(tuán)隊(duì)，借助SHMFF自研的高靈敏旋轉(zhuǎn)磁力顯微鏡系統(tǒng)（MFM），在MnGe薄膜平面霍爾效應(yīng)的研究方面取得了重要進(jìn)展。相關(guān)研究成果發(fā)表在Nature Index期刊Applied Physical Letters上。

平面霍爾效應(yīng)（PHE）憑借其高信噪比和低熱漂移的特性，在自旋電子學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域備受矚目。一般而言，PHE呈現(xiàn)出π周期性。然而，此次研究團(tuán)隊(duì)在MnGe薄膜中發(fā)現(xiàn)了獨(dú)特現(xiàn)象：π和π/2周期性共存。研究人員對MnGe薄膜的PHE和各向異性磁電阻效應(yīng)進(jìn)行了輸運(yùn)測量，在固定磁場的條件下旋轉(zhuǎn)樣品來測量PHE時(shí)，，發(fā)現(xiàn)PHE會(huì)隨著磁場的變化而改變符號。值得注意的是，在7 T磁場下，π/2周期的快速振蕩現(xiàn)象格外顯著。通過對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分解和擬合，研究人員成功確定了π和π/2周期分量的特征。

為深入理解這種周期性共存現(xiàn)象背后的物理機(jī)制，團(tuán)隊(duì)成員利用MFM展開進(jìn)一步研究，該設(shè)備具備能夠在12 T超導(dǎo)磁體的5 K低溫環(huán)境中直接旋轉(zhuǎn)顯微鏡的獨(dú)特優(yōu)勢，從而實(shí)現(xiàn)高達(dá)12 T面內(nèi)磁場下、分辨率優(yōu)于50 nm的磁疇圖像表征。通過MFM對不同溫度和磁場下的磁疇進(jìn)行測量，研究人員發(fā)現(xiàn)磁疇強(qiáng)度的變化與PHE的周期性變化存在緊密聯(lián)系。例如，在3 T磁場下，部分磁疇強(qiáng)度的變化與π周期PHE的變化趨勢一致；而另一部分磁疇強(qiáng)度的變化則與π/2周期PHE的變化相符。這一發(fā)現(xiàn)從微觀層面揭示了PHE周期性的磁疇起源，為解釋實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象提供了關(guān)鍵證據(jù)。

該研究成果進(jìn)一步加深了人們對MnGe薄膜磁特性的認(rèn)識，有望為開發(fā)新型高性能磁存儲(chǔ)和傳感設(shè)備提供理論與技術(shù)支撐。

中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)李朝航、孟凡保博士以及中國科學(xué)院合肥物質(zhì)院強(qiáng)磁場中心趙科森為論文的共同第一作者；中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)陳仙輝院士和強(qiáng)磁場中心陸輕鈾研究員為共同通訊作者。該項(xiàng)研究得到了國家自然科學(xué)基金、強(qiáng)磁場安徽省實(shí)驗(yàn)室等項(xiàng)目的支持。

論文鏈接：https://doi.org/10.1063/5.0254689

圖：旋轉(zhuǎn)磁力顯微鏡在MnGe薄膜中觀測到兩套磁性紋理，其隨磁場和溫度變化規(guī)律與PHE中出現(xiàn)的π和π/2周期性強(qiáng)度相對應(yīng)，顯示了二者具備關(guān)聯(lián)性