[论文解读] 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

Advanced Condensed Matter Physics被引用 0

一句话总结

该论文在 CaRuO3/La2/3Ca1/3MnO3/CaRuO3 三层结构在 NdGaO3(110) 上显示对称性工程化的面内异常霍尔效应 (IP-AHE)，通过离子液体栅控实现可逆的电控以及 IP-AHE 的开关。

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.

研究动机与目标

• 研究氧化物异质结构中的 IP-AHE 及对称性破缺如何支配其行为。
• 展示 CaRuO3 缓冲层引入的镜像对称性破缺与 IP-AHE 及铁磁滞回的相关性。
• 通过离子液体栅控实现对 IP-AHE 的可逆电控。
• 在平面器件几何中通过对称性重新配置实现 IP-AHE 的 ON/OFF 开关。

提出的方法

• 在 NdGaO3(110) 上制作外延 CaRuO3/La2/3Ca1/3MnO3/CaRuO3 三层结构。
• 表征 IP-AHE 及其与缓冲层导致的镜像对称性破缺和铁磁滞回的耦合。
• 应用离子液体栅控以可逆地重新配置对称性破缺。
• 将 IP-AHE 信号与面内磁化及滞回环相关联。
• 通过栅控实现 IP-AHE 的电调制与开关。

实验结果

研究问题

• RQ1 是否能通过工程化对称性在氧化物异质结构中实现对 IP-AHE 的确定性控制？
• RQ2 缓冲层引起的镜像对称性破缺如何与 IP-AHE 和铁磁序耦合？
• RQ3 离子液体栅控是否可逆地调制对称性破缺以开关 IP-AHE？
• RQ4 CaRuO3 基三层结构中面内磁化、对称性破缺与 IP-AHE 之间的关系是怎样的？

主要发现

• IP-AHE 与 CaRuO3 缓冲层引起的镜像对称性破缺直接耦合，并再现铁磁滞回。
• 离子液体栅控 enable 可逆地重新构配置对称性破缺。
• 在所研究的三层平台中实现了 IP-AHE 的电调制和 ON/OFF 开关。
• CaRuO3 缓冲的异质结构为在平面几何中实现可编程霍尔功能提供了一个可调的平台。