日本研究人员发现磁性半导体EuTiO3中 “异常” 的反常霍尔效应

理解电子的量子行为对研究人员来说有着深远意义，因为它可为研发出耗能低、运行速度超快的计算机铺平道路，另外它还能对某些基本物理现象进行科学解释。现在，来自日本理化研究所的研究人员利用一种高质量的材料来更好地掌握磁性半导体中电子的量子输运（来自期刊《科学进展》“Science Advances”——“由高迁移率EuTiO3薄膜中的多个Weyl节点产生的反常霍尔效应”）。

除电荷外，电子还有另一个同样重要的固有特性——自旋。当所有电子都带相同的电荷时，它们的自旋可以取两个值中的一个。这通常被看作是固有的顺时针或逆时针旋转，或者可以说可以用向上或向下的箭头来表示。

这一特性对于自旋电子学中的信息处理——一种新兴的计算技术来说，十分有用。但目前自旋电子学仍处于起步阶段，科学家们正寻求对电子自旋相关传输有更好的理解。

日本理研紧急物质科学中心的Kei Takahashi和他的同事们，与来自东京大学的同事们一同合作，正研究一种被称为“反常霍尔效应”的现象。

传统霍尔效应中，当磁场方向与导体运动方向垂直时，电子在导体中会沿着弯曲的轨迹运动。在铁磁材料中，电子自旋是对齐的，这种效应变得更加明显。

为了研究这种附加的反常霍尔效应是何时以及如何发生的，Takahashi和他的研究团队探索了在低温下对磁性半导体EuTiO3薄膜的影响。利用这种材料作为反常霍尔效应试验台的好处是，通过添加少量镧元素就可以改变EuTiO3的电子性质。Takahashi解释说：“EuTiO3是一种特殊的自旋极化半导体，因为电荷载流子的密度可以在保持磁化恒定的情况下进行调整。”

他们成功的关键在于能够利用金属-有机分子束外延技术制备出高质量的EuTiO3薄膜。材料质量十分重要，因为晶体结构中的缺陷会散射电子，从而掩盖了附加的反常霍尔效应。

科学家们研究了EuTiO3的电荷密度，这意味着该物质处于或接近所谓的“Weyl”态。奇怪的是，他们发现反常霍尔效应并不像之前认为的那样——随磁化强度线性增加。

Takahashi说：“我们希望通过电门控制反常霍尔效应，并通过将电子限制在二维空间来增强这种效应，从而进一步发展这个想法。”

原文来自：nanowerk，原文题目：Anomalous Hall effect tested in defect-free thin-film magnetic semiconductor，由材料科技在线团队编译。