[論文レビュー] Symmetry-engineered and electrically tunable in-plane anomalous Hall effect in oxide heterostructures

Kunjie Dai, Zhen Wang+20 more|arXiv (Cornell University)|Jan 9, 2026

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ひとこと要約

本論文は、NdGaO3(110)上のCaRuO3/La2/3Ca1/3MnO3/CaRuO3トリ層において対称性エンジニアリングされた面内異常ホール効果(IP-AHE)を示し、イオン液体ゲーティングによって可逆的な電気的制御とIP-AHEのON/OFF切替が可能になることを示している。

ABSTRACT

The family of Hall effects has long served as a premier probe of how symmetry, magnetic order, and topology intertwine in solids. Recently, the in-plane anomalous Hall effect (IP-AHE), a transverse Hall response driven by in-plane magnetization, has emerged as a distinct member of this family, offering innovative spintronic functionalities and illuminating intricate interplay between mirror-symmetry breaking and in-plane magnetic order. However, practical routes to deterministically and reversibly control IP-AHE remain limited. Here, we establish a symmetry-engineered IP-AHE platform, CaRuO3/La2/3Ca1/3MnO3/CaRuO3 heterostructure on NdGaO3(110), that turns strict mirror-symmetry breaking constraints into effective tuning knobs. IP-AHE in these epitaxial trilayers unambiguously couples to the CaRuO3-buffer-induced mirror-symmetry breaking and faithfully reproduces the ferromagnetic hysteresis. Ionic liquid gating further enables reversible reconfigurations of the symmetry breaking, thereby achieving electrical modulation and ON/OFF switching of IP-AHE. This highly tunable IP-AHE platform opens pathways for exploring nontrivial magnetic order and developing programmable Hall functionalities in planar geometries.

研究の動機と目的

• 酸化物ヘテロ構造におけるIP-AHEと、対称性破れがその挙動を支配する機構を調べる。
• CaRuO3の緩衝層が鏡対称性の破れを誘導し、それがIP-AHEと強磁性ヒステリシスに対応することを示す。
• イオン液体ゲーティングによるIP-AHEの可逆的な電気制御を実証する。
• 平面デバイス幾何における対称性再構成を通じたIP-AHEのON/OFF切替を実現する。

提案手法

• NdGaO3(110)上にエピタキシャルなCaRuO3/La2/3Ca1/3MnO3/CaRuO3トリ層を作製する。
• IP-AHEと、それに対する緩衝材による鏡対称性破れおよび強磁性ヒステリシスとの結合を特徴付ける。
• イオン液体ゲーティングを適用して鏡対称性破れを可逆的に再構成する。
• IP-AHE信号と面内磁化およびヒステリシスループとを関連付けて解釈する。
• ゲーティングによるIP-AHEの電気的変調とON/OFF切替を実証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 酸化物ヘテロ構造において、設計された対称性によってIP-AHEを決定論的に制御できるか。
• RQ2 緩衝材誘起の鏡対称性破れはIP-AHEと強磁性秩序へどのように結合するか。
• RQ3 イオン液体ゲーティングは鏡対称性破れを可逆的に変化させ、IP-AHEをON/OFF切替できるか。
• RQ4 CaRuO3ベースのトリ層における面内磁化・対称性破れ・IP-AHEの関係はどうなるか。

主な発見

• IP-AHEはCaRuO3-緩衝材誘導の鏡対称性破れと不可逆的に結合し、強磁性ヒステリシスを再現する。
• イオン液体ゲーティングは鏡対称性破れの可逆的再構成を可能にする。
• 研究対象のトリ層プラットフォームで電気的変調とIP-AHEのON/OFF切替を達成した。
• CaRuO3-緩衝雑材を用いたヘテロ構造は平面幾何におけるプログラム可能なホール機能の調整可能なプラットフォームを提供する。