Mn5Si3薄膜中磁场调控的非线性霍尔效应及其机理

《National Science Review》：Observation of a magneto-nonlinear Hall effect in an altermagnet candidate

　　

摘要

非线性霍尔效应已成为研究量子几何学的关键手段。在Mn₅Si₃薄膜（一种潜在的逆磁体材料）中，我们观察到霍尔响应与磁场而非电场的关系是非线性的。在标准的霍尔几何结构下，随着外磁场强度的增加，磁场调节的霍尔电导率呈现二次方增长趋势。在低场强度下，具有相反自旋带的 Berry 曲率相互抵消；但在高场强下，塞曼效应引起的带移打破了这种抵消，从而导致净 Berry 曲率逐渐增大。这种由磁场调控的 Berry 曲率不平衡通常会产生非线性霍尔电导率。Mn₅Si₃中观察到的二次方依赖性可以通过涉及磁交换相互作用的手性次近邻跃迁以及类霍尔能隙结构来解释。此外，相反磁场下的磁序反转会改变跃迁的手性，使得这种二次方效应的电场依赖性变得不对称。除了基础科学上的进展外，这种非线性响应在高达57 T的磁场强度下仍未饱和，这为高场霍尔效应的探测提供了潜在的应用前景。