近日，中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院強(qiáng)磁場(chǎng)科學(xué)中心研究員田明亮課題組在強(qiáng)關(guān)聯(lián)電子材料Sr4Ru3O10的平面磁結(jié)構(gòu)研究方面取得新進(jìn)展，相關(guān)研究發(fā)表在《應(yīng)用物理快報(bào)》(Applied Physics Letters)上。

　　鈣鈦礦釕氧化物Srn+1RunO3n+1 (n=1, 2, ∞)蘊(yùn)含著豐富的物理現(xiàn)象，包括p波超導(dǎo)電性(Sr2RuO4)和磁場(chǎng)誘導(dǎo)的量子臨界現(xiàn)象(Sr3Ru2O7)等，一直引起著凝聚態(tài)物理學(xué)家的研究興趣。Sr4Ru3O10是Srn+1RunO3n+1體系中具有代表性的材料，是一種強(qiáng)各向異性鐵磁性材料，其鐵磁轉(zhuǎn)變溫度TC=105 K，磁矩主要沿c方向。以前的工作主要集中在對(duì)體材料的各向異性磁行為以及變磁轉(zhuǎn)變特性的研究上，對(duì)于納米尺度下Sr4Ru3O10的磁性質(zhì)知之甚少。最近，課題組博士生劉艷在副研究員楊繼勇的具體指導(dǎo)下，通過機(jī)械解離的辦法首次將Sr4Ru3O10單晶的厚度推進(jìn)到納米尺度，并通過輸運(yùn)測(cè)量研究了Sr4Ru3O10納米薄片的磁阻特性（New J. Phys. 18, 053019(2016), Phys. Rev. B 95, 161103(R)(2017)）。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，Sr4Ru3O10納米薄片在ab-面內(nèi)存在鐵磁序，而這與體材料中ab-面表現(xiàn)為順磁或反鐵磁的結(jié)果完全不同。

　　在此基礎(chǔ)上，課題組通過系統(tǒng)的轉(zhuǎn)角平面霍爾效應(yīng)測(cè)量，進(jìn)一步研究了Sr4Ru3O10納米薄片中的面內(nèi)磁各向異性。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，Sr4Ru3O10納米薄片中的平面霍爾信號(hào)與磁場(chǎng)的方向有關(guān)，只有當(dāng)磁場(chǎng)沿著I(或III)象限時(shí)，平面霍爾信號(hào)才會(huì)出現(xiàn)類似于“自旋閥”行為的不連續(xù)跳變，而當(dāng)磁場(chǎng)沿著II(或IV)象限時(shí)，則無該跳變信號(hào)。出現(xiàn)該現(xiàn)象的原因是，當(dāng)磁場(chǎng)沿著I(或III)象限時(shí)，納米薄片中的面內(nèi)磁矩發(fā)生的是90°的翻轉(zhuǎn)，而當(dāng)磁場(chǎng)沿著II(或IV)象限時(shí)，則發(fā)生的是180°的翻轉(zhuǎn)。這些結(jié)果清晰地表明，在Sr4Ru3O10納米薄片中，其ab-面內(nèi)不僅具有鐵磁序，并且該鐵磁序的易磁化方向還沿著[-110]方向。這為理解Sr4Ru3O10中的奇異磁特性提供了新的思路。

　　本工作所用單晶由科羅拉多大學(xué)教授曹鋼提供。項(xiàng)目實(shí)施過程中得到了國(guó)家自然科學(xué)基金委、國(guó)際創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)以及合肥大科學(xué)中心等的支持。

　　文章鏈接

(a) 不同磁場(chǎng)角度下的平面霍爾效應(yīng)；(b) 轉(zhuǎn)角平面霍爾測(cè)量結(jié)構(gòu)示意圖；(c)平面磁各向異性示意圖。