[论文解读] Strain-induced large topological Hall effect in Pt/YIG bilayers

Qian Liu, Kangkang Meng+8 more|arXiv (Cornell University)|Oct 17, 2018

Magneto-Optical Properties and Applications被引用 2

一句话总结

本研究展示了在SGGG衬底上外延生长的Pt/YIG双异质结构中存在显著的反常霍尔效应（THE），其源于YIG/SGGG界面处的界面晶格应变。该应变改变了磁结构，导致拓扑霍尔信号显著增强，与基于GGG的异质结构中的信号不同，凸显了应变工程在调控磁性绝缘体电磁性质以用于自旋电子学应用方面的强大潜力。

ABSTRACT

Large topological Hall effect (THE) has been investigated for Pt/Y3Fe5O12 (YIG) bilayers grown on (Gd2.6Ca0.4)(Ga4.1Mg0.25Zr0.65)O12 (SGGG) substrate, which is ascribed to lattice strain at the YIG/SGGG interfaces. The topological portion of the Hall signal has been extracted in the temperature range from 150 K to 350 K. The results were compared with those in Pt/YIG/Gd3Ga5O12 (GGG) multilayers, from which we confirmed that the THE signals in the SGGG substrate are obvious different from those in the GGG substrate derived from magnetic frustration at the Pt/YIG surface. The present work not only demonstrate that the strain control can effectively tune the electromagnetic properties of magnetic insulators (MI) but also open up the exploration of THE for fundamental physics and magnetic storage technologies based on MI.

研究动机与目标

• 研究在SGGG衬底上外延生长的Pt/YIG双异质结构中大型反常霍尔效应（THE）的起源。
• 确定界面晶格应变在改变磁结构和电磁响应中的作用。
• 比较基于SGGG和GGG的YIG异质结构中的THE响应，以分离应变诱导效应。
• 探索应变工程在调控磁性绝缘体拓扑性质方面的潜力，以服务于未来自旋电子学技术。

提出的方法

• 在(Gd2.6Ca0.4)(Ga4.1Mg0.25Zr0.65)O12（SGGG）衬底上外延生长Pt/YIG双异质结构，以在YIG/SGGG界面处引入晶格应变。
• 从150 K至350 K的温度范围内，提取总霍尔电阻中的拓扑霍尔信号。
• 对Pt/YIG/Gd3Ga5O12（GGG）多层结构进行对比测量，以分离衬底诱导应变的影响。
• 分析Pt/YIG界面处的磁阻挫，作为SGGG基异质结构中THE增强的可能原因。

实验结果

研究问题

• RQ1 在SGGG衬底上的Pt/YIG双异质结构中观察到的大型反常霍尔效应的起源是什么？
• RQ2 YIG/SGGG界面处的晶格应变如何影响磁结构和拓扑霍尔响应？
• RQ3 基于SGGG的异质结构中的THE与基于GGG的YIG多层结构中的THE有何不同？
• RQ4 在多大程度上可利用应变工程来调控磁性绝缘体的拓扑电磁性质？

主要发现

• Pt/YIG/SGGG异质结构中大型反常霍尔效应主要归因于YIG/SGGG界面处的晶格应变。
• 拓扑霍尔信号在150 K至350 K的整个温度范围内均稳定存在，表明该效应具有强鲁棒性。
• SGGG基样品中的THE与GGG基多层结构中的THE存在显著差异，表明其起因不同，与Pt/YIG界面处的磁阻挫密切相关。
• 结果证实，应变调控是调控磁性绝缘体电磁性质的有效机制。