Large Anomalous Hall Effect in a Nanocrystalline Room-Temperature Ferromagnetic CoCrFeNiGa High-Entropy Alloy

铁磁性 纳米晶材料 材料科学 凝聚态物理 合金 霍尔效应 纳米技术 冶金 磁场 物理 量子力学
作者
Rajeswari Roy Chowdhury,Н. Ф. Шкодич,Tufan Roy,Tatiana Smoliarova,Đăng Khoa Lê,Emmanouil Kasotakis,Masafumi Shirai,Michael Farle,Manh‐Huong Phan,H. Srikanth
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:19 (36): 32967-32980
标识
DOI:10.1021/acsnano.5c12920
摘要

Magnetic high-entropy alloys (HEAs) with their unusual blend of long-range magnetic order and exceptional mechanical properties are beneficial for the development of next-generation spintronic devices that can withstand extreme conditions. Developing room-temperature magnetic HEAs and understanding the link among their magnetic, electronic, and mechanical properties are crucial. Here, we introduce nanocrystalline CoCrFeNiGa as a room-temperature bulk magnetic HEA candidate based on 3d-transition metals and elucidate its magnetic and electronic properties. Structural characterization reveals the existence of mixed BCC and FCC phases with a crystallite size of ∼51 nm. CoCrFeNiGa shows a high Curie temperature (TC) of ∼872 K and soft magnetic behavior with minimal coercivity. We also observed spin freezing below 60 K, likely due to competing magnetic interactions among its 3d-transition metals. Electrical resistivity measurements confirm metallic behavior with magnon contributions below 50 K. Interestingly, CoCrFeNiGa exhibits a large anomalous Hall effect (AHE), with an anomalous Hall conductivity of ∼603 S·cm–1 at 5 K and ∼144 S·cm–1 at 300 K, persisting despite inherent disorder. This AHE is primarily attributed to an intrinsic mechanism. The combination of the above room-temperature magnetic order, soft magnetic properties, a large intrinsic AHE, and competing magnetic interactions positions CoCrFeNiGa as a prospective candidate for the development of next-generation robust spintronic devices and architectures using nanocrystalline magnetic HEAs, which are resilient under demanding conditions.
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