Topological Hall Effect Induced by Chiral Spin Textures at the Ferroelectric/Ferromagnetic Interface

铁电性 凝聚态物理 材料科学 范德瓦尔斯力 拓扑绝缘体 霍尔效应 拓扑(电路) 自旋电子学 自旋(空气动力学) 手性(物理) 极化(电化学) 异质结 自旋霍尔效应 自旋极化 自旋结构 联轴节(管道) 铁磁性 超晶格 矫顽力 磁性结构 磁力显微镜 拉希巴效应 量子自旋霍尔效应 表面状态 磁场 多铁性 图层(电子) 感应耦合
作者
Jingkuan Xiao,Yaqing Han,Jianfeng Guo,Renjun Du,Jiawei Jiang,Baoshan Cui,Runnong Zhou,Siqin Wang,Siqi Jiang,Fuzhuo Lian,Zhang Di,Guodong Ma,Jiabei Huang,Zhaochen Qu,Wanting Xu,Kenji Watanabe,Takashi Taniguchi,Alexander S. Mayorov,Jinsheng Wen,Haifeng Ding
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:: e75194-e75194
标识
DOI:10.1002/adma.75194
摘要

ABSTRACT Chiral spin textures, largely driven by the Dzyaloshinskii–Moriya interaction, offer significant potential for next‐generation computing technologies due to their chirality and topological stability. Ferroelectric/ferromagnetic van der Waals heterostructures are particularly appealing because they can combine interfacial inversion‐symmetry breaking and spin‐orbit coupling to promote interfacial Dzyaloshinskii–Moriya interaction, while switchable ferroelectric polarization provides a nonvolatile tuning knob. This study investigates interfacial chiral spin textures in few‐layer /‐ heterostructures. Two groups of topological Hall signals are identified just below and above the coercive field, and thickness‐dependent transport reveals a notable reduction in critical temperature with increasing layer thickness. Low‐temperature magnetic force microscopy images reveal two types of magnetic bubbles with opposite magnetic contrasts near the coercive field, each associated with distinct topological Hall signals. Together with atomistic spin‐dynamics simulations and first‐principles calculations, these results support the formation of interfacial DMI‐stabilized chiral spin textures. Switching the ferroelectric polarization of the ‐ layer further enables nonvolatile modulation of both anomalous and topological Hall effects. The resulting ferroelectric and magnetic bistabilities generate four distinguishable Hall resistance states programmable by electric and magnetic fields. These findings highlight the potential of van der Waals interfaces for advanced device applications.
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