[논문 리뷰] Symmetry-engineered and electrically tunable in-plane anomalous Hall effect in oxide heterostructures

Kunjie Dai, Zhen Wang외 20명|arXiv (Cornell University)|2026. 01. 09.

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한 줄 요약

논문은 NdGaO3(110)에서 CaRuO3/La2/3Ca1/3MnO3/CaRuO3 트릴레이에서 대칭으로 엔지니어링된 면내 비정형 홀 효과(IP-AHE)를 보여주며, 이온 액체 게이팅이 IP-AHE의 가역적 전기 제어와 ON/OFF 스위칭을 가능하게 한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 산화물 이종구조에서 IP-AHE를 조사하고 대칭 파괴가 그 거동을 어떻게 좌우하는지 규명한다.
• CaRuO3 버퍼가 거울 대칭 파괴를 유도하고 이것이 IP-AHE 및 자화 히스테리시스와 상관관계가 있음을 보여준다.
• 이온 액체 게이팅을 통해 IP-AHE의 가역적 전기 제어를 입증한다.
• 평면 디바이스 기하학에서 대칭 재구성을 통해 IP-AHE의 ON/OFF 스위치를 구현한다.

제안 방법

• NdGaO3(110) 위에 에피타hikCaRuO3/La2/3Ca1/3MnO3/CaRuO3 트릴레이어를 제조한다.
• IP-AHE 및 버퍼 유도 거울 대칭 파괴와 자화 히스테리시스와의 결합을 특성화한다.
• 이온 액체 게이팅을 적용해 대칭 파괴를 가역적으로 재구성한다.
• 면내 자화 및 히스테리시스 루프와 IP-AHE 신호를 상관관계화한다.
• 게이팅을 통해 IP-AHE의 전기적 조절 및 스위치를 시연한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 산화물 이종구조에서 엔지니어링된 대칭에 의해 IP-AHE를 결정론적으로 제어할 수 있는가?
• RQ2 버퍼 유도 거울 대칭 파괴가 IP-AHE 및 자발자화 순서와 어떻게 결합하는가?
• RQ3 이온 액체 게이팅이 대칭 파괴를 가역적으로 조절하여 IP-AHE를 켜고 끌 수 있는가?
• RQ4 CaRuO3 기반 트릴레이에서 면내 자화, 대칭 파괴 및 IP-AHE 사이의 관계는 무엇인가?

주요 결과

• IP-AHE는 CaRuO3 버퍼 유도된 거울 대칭 파괴에 명확하게 결합하고 자화 히스테리시스를 재현한다.
• 이온 액체 게이팅은 대칭 파괴의 가역적 재구성을 가능하게 한다.
• 연구된 트릴레이어 플랫폼에서 IP-AHE의 전기적 조절 및 ON/OFF 스위치를 달성했다.
• CaRuO3 버퍼링된 이종구조는 평면 기하학에서 프로그래머블 홀 기능을 위한 가변 가능한 플랫폼을 제공한다.