Impact of thermal effects on the current-tunable electrical transport in the ferrimagnetic semiconductor Mn3Si2Te6

铁磁性 材料科学 数学 物理 量子力学 磁化 磁场
作者
Yiyue Zhang,Xin Jin,Zeyu Li,Kunya Yang,Linlin Wei,Xinrun Mi,Aifeng Wang,Xiaoyuan Zhou,Xiaolong Yang,Yisheng Chai,Mingquan He
出处
期刊:Physical review [American Physical Society]
卷期号:112 (8) 被引量:3
标识
DOI:10.1103/8k1l-qd7b
摘要

In the ferrimagnetic semiconductor ${\mathrm{Mn}}_{3}{\mathrm{Si}}_{2}{\mathrm{Te}}_{6}$, a colossal magnetoresistance (CMR) is observed only when a magnetic field is applied along the magnetic hard axis ($\mathbf{H}\ensuremath{\parallel}c$). This phenomenon suggests an unconventional CMR mechanism potentially driven by the interplay between magnetism, topological band structure, and/or chiral orbital currents (COC). By comparing electrical resistance measurements using continuous direct currents and pulse currents, we found that the current-induced insulator-metal transition, supporting the COC-driven CMR mechanism, is likely a consequence of Joule heating effects. First-principles calculations reveal a pronounced band-gap reduction upon tilting the magnetic moments toward the $c$ axis, accompanied by increased carrier concentration and Fermi velocity. Combining spin-orientation-dependent electronic structure with Boltzmann transport theory, the calculated electrical resistance closely reproduces the CMR observed experimentally. These findings suggest that the CMR in ${\mathrm{Mn}}_{3}{\mathrm{Si}}_{2}{\mathrm{Te}}_{6}$ stems primarily from band-gap reduction induced by partial polarization of magnetic moments along the magnetic hard axis.

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