強磁性トポロジカル半金属CoMnAlの巨大な室温異常ホール効果と可変トポロジー

Giant room temperature anomalous Hall effect and tunable topology in a ferromagnetic topological semimetal CoMnAl.

• Peigang Li
• Jahyun Koo
• Wei Ning
• Jinguo Li
• Leixin Miao
• Lujin Min
• Yanglin Zhu
• Yu Wang
• Nasim Alem
• Chao-Xing Liu
• Zhiqiang Mao
• Binghai Yan

抄録

ウェイル半金属は異常な表面状態と異常な輸送現象を示す。特定のウェイル半金属のバンド構造トポロジーを操作することは困難である。また、トポロジカルな輸送現象は通常、非常に低温で現れるため、応用上の課題となっています。本研究では、強磁性を持つウェイル半金属の候補物質であるCoMnAlを用いて、弱磁場によるバンドトポロジーの変化を室温で実証した。その結果、ウェイル点と結節リングの転移によって誘起される巨大な異常ホール効果(AHE)を観測した。ホール効果の伝導度は3次元量子ホール効果と同程度に大きく、ホール角(θ)は磁性体の中で記録的な値([式:本文参照])に達した。さらに、Weyl点を必要とせずに、Gaping nodal ringを用いて大規模なHEを生成するための材料レシピを提案する。本研究は、スピントロニクスデバイス開発のための磁気力学とトポロジカル物理学の相互作用を探求するための本質的に磁気的なプラットフォームを明らかにするものである。

Weyl semimetals exhibit unusual surface states and anomalous transport phenomena. It is hard to manipulate the band structure topology of specific Weyl materials. Topological transport phenomena usually appear at very low temperatures, which sets challenges for applications. In this work, we demonstrate the band topology modification via a weak magnetic field in a ferromagnetic Weyl semimetal candidate, CoMnAl, at room temperature. We observe a tunable, giant anomalous Hall effect (AHE) induced by the transition involving Weyl points and nodal rings. The AHE conductivity is as large as that of a 3D quantum AHE, with the Hall angle (Θ) reaching a record value ([Formula: see text]) at the room temperature among magnetic conductors. Furthermore, we propose a material recipe to generate large AHE by gaping nodal rings without requiring Weyl points. Our work reveals an intrinsically magnetic platform to explore the interplay between magnetic dynamics and topological physics for developing spintronic devices.