【DFT+实验】Nano Lett.：外延MnBi2Te4薄膜的栅极可调谐本征反常霍尔效应

成果介绍

反常霍尔效应(AHE)是揭示磁性材料拓扑性质及其自旋织构的重要输运特征。最近，MnBi₂Te₄已被证明是一种本征磁性拓扑绝缘体。然而，其有趣的AHE行为起源仍然难以捉摸。

有鉴于此，近日，复旦大学修发贤教授团队在晶圆尺度的MnBi₂Te₄薄膜中展示了Berry曲率主导的本征AHE。通过施加反向电压，本文观察到7层MnB_i2Te₄的双极性传导和n-p跃迁，其中AHE电阻和纵向电阻之间的二次关系表明其本征的AHE性质。特别是，对于~3层MnBi₂Te₄，AHE标志可以从原始负调节到正。第一性原理计算揭示了这样的AHE反转源于相反极化的自旋少数占主导的表面态和自旋多数占主导的内带之间的竞争Berry曲率。本文的研究结果揭示了本征AHE的潜在物理机制，并为非常规符号可调的AHE提供了新的视角。

图文导读

图1. (0001)-Al₂O₃衬底上14 SL MnBi₂Te₄薄膜的晶体结构和表征。

图2. Al₂O₃衬底上MnBi₂Te₄薄膜的反常霍尔绝缘体状态

图3. SrTiO₃衬底上7 SL MnBi₂Te₄的本征Berry曲率主导的AHE。

图4. SrTiO₃衬底上~3 SL MnBi₂Te₄的AHE符号反转。

图5. 奇数层MnBi₂Te₄的能带结构和反常霍尔电导率(σ_xy^A)。

文献信息

Gate-tunable Intrinsic Anomalous Hall Effect in Epitaxial MnBi₂Te₄ Films

（Nano Lett., 2023, DOI:10.1021/acs.nanolett.3c02926）