Nonlinear dynamics induced anomalous Hall effect in topological insulators

凝聚态物理 拓扑绝缘体 自旋电子学 物理 磁化动力学 霍尔效应 非线性系统 旋转扭矩传递 磁化 自旋霍尔效应 多稳态 拓扑(电路) 铁磁性 电子 磁场 量子力学 自旋极化 数学 组合数学
作者
Guang-Lei Wang,Hong-Ya Xu,Ying–Cheng Lai
出处
期刊:Scientific Reports [Nature Portfolio]
卷期号:6 (1) 被引量:9
标识
DOI:10.1038/srep19803
摘要

Abstract We uncover an alternative mechanism for anomalous Hall effect. In particular, we investigate the magnetisation dynamics of an insulating ferromagnet (FM) deposited on the surface of a three-dimensional topological insulator (TI), subject to an external voltage. The spin-polarised current on the TI surface induces a spin-transfer torque on the magnetisation of the top FM while its dynamics can change the transmission probability of the surface electrons through the exchange coupling and hence the current. We find a host of nonlinear dynamical behaviors including multistability, chaos and phase synchronisation. Strikingly, a dynamics mediated Hall-like current can arise, which exhibits a nontrivial dependence on the channel conductance. We develop a physical understanding of the mechanism that leads to the anomalous Hall effect. The nonlinear dynamical origin of the effect stipulates that a rich variety of final states exist, implying that the associated Hall current can be controlled to yield desirable behaviors. The phenomenon can find applications in Dirac-material based spintronics.

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