CoO/Pt双层结构中温度依赖性反常霍尔效应的竞争机制与界面磁性调控研究

本研究针对反铁磁绝缘体/重金属异质结中反常霍尔效应(AHE)的起源问题，通过系统研究CoO/Pt双层结构的温度演化行为，发现140K时AHE信号发生符号反转，揭示了自旋霍尔效应(SHE)与磁邻近效应(MPE)的竞争机制。通过高氧压退火引入Co3+界面态使反常霍尔电阻RAHE提升一个数量级，为自旋电子器件设计提供了新思路。

　　

在自旋电子学领域，反铁磁绝缘体/重金属异质结因其独特的自旋输运特性备受关注。钴氧化物(CoO)作为典型反铁磁绝缘体(AFMI)，与铂(Pt)构成的界面体系展现出反常霍尔效应(AHE)、自旋霍尔磁电阻(SMR)等丰富物理现象。然而，这些效应的温度依赖性机制尚不明确，特别是AHE信号符号反转的物理起源存在争议。中国科学技术大学的研究团队在《Journal of Magnetism and Magnetic Materials》发表的研究，通过精确调控CoO/Pt界面态，揭示了温度依赖的AHE反转机制。

研究采用脉冲激光沉积(PLD)结合磁控溅射技术制备CoO(50nm)/Pt异质结，通过变温X射线衍射(XRD)和角分辨磁电阻(ADMR)测量，系统分析了从300K到10K的温度演化行为。高氧压(5000Pa)退火处理被用于调控界面Co³⁺浓度，结合谐波电压测试量化自旋轨道转矩(SOT)效率。

实验细节部分显示，在750℃沉积的CoO薄膜呈现(200)和(400)择优取向，氧压变化显著影响晶体质量。结果与讨论部分揭示：140K时AHE发生符号反转，伴随SMR信号从负值逐渐转为正值；高氧压退火样品R_AHE提升10倍，证实Co³⁺增强了MPE效应；AMR符号变化温度点与AHE反转温度一致，表明界面未补偿自旋的关键作用。

结论部分阐明：低温下MPE贡献(负AHE)超越SHE贡献(正AHE)导致信号反转，这种竞争机制源于CoO/Pt界面未补偿自旋的可转动性。该研究首次在AFMI/NM体系中建立MPE-SHE竞争模型，为开发基于反铁磁的自旋存储器件提供了理论依据。Kaibin Wen等研究者通过界面工程调控MPE强度的方法，突破了传统SHE主导的AHE调控局限，推动了对复杂自旋输运现象的认知边界。