Electrical manipulation of a topological antiferromagnetic state

Weyl半金属 反铁磁性 凝聚态物理 自旋电子学 拓扑(电路) 霍尔效应 物理 布里渊区 磁场 磁电阻 材料科学 半金属 铁磁性 量子力学 带隙 数学 组合数学
作者
Hanshen Tsai,Tomoya Higo,Kouta Kondou,Takuya Nomoto,Akito Sakai,A. Kobayashi,T. Nakano,Kay Yakushiji,Ryotaro Arita,Shinji Miwa,Y. Otani,Satoru Nakatsuji
出处
期刊:Nature [Nature Portfolio]
卷期号:580 (7805): 608-613 被引量:397
标识
DOI:10.1038/s41586-020-2211-2
摘要

Electrical manipulation of emergent phenomena due to nontrivial band topology is a key to realize next-generation technology using topological protection. A Weyl semimetal is a three-dimensional gapless system that hosts Weyl fermions as low-energy quasiparticles. It exhibits various exotic phenomena such as large anomalous Hall effect (AHE) and chiral anomaly, which have robust properties due to the topologically protected Weyl nodes. To manipulate such phenomena, the magnetic version of Weyl semimetals would be useful as a magnetic texture may provide a handle for controlling the locations of Weyl nodes in the Brillouin zone. Moreover, given the prospects of antiferromagnetic (AF) spintronics for realizing high-density devices with ultrafast operation, it would be ideal if one could electrically manipulate an AF Weyl metal. However, no report has appeared on the electrical manipulation of a Weyl metal. Here we demonstrate the electrical switching of a topological AF state and its detection by AHE at room temperature. In particular, we employ a polycrystalline thin film of the AF Weyl metal Mn$_3$Sn, which exhibits zero-field AHE. Using the bilayer device of Mn$_3$Sn and nonmagnetic metals (NMs), we find that an electrical current density of $\sim 10^{10}$-$10^{11}$ A/m$^2$ in NMs induces the magnetic switching with a large change in Hall voltage, and besides, the current polarity along a bias field and the sign of the spin Hall angle $\theta_{\rm SH}$ of NMs [Pt ($\theta_{\rm SH} > 0$), Cu($\theta_{\rm SH} \sim 0$), W ($\theta_{\rm SH} < 0$)] determines the sign of the Hall voltage. Notably, the electrical switching in the antiferromagnet is made using the same protocol as the one used for ferromagnetic metals. Our observation may well lead to another leap in science and technology for topological magnetism and AF spintronics.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
芦苇完成签到,获得积分10
1秒前
思源的应助被望春风采纳,获得10
2秒前
张国栋发布了新的文献求助10
3秒前
十三发布了新的文献求助10
3秒前
4秒前
bjfg发布了新的文献求助10
4秒前
4秒前
5秒前
年轻元冬完成签到,获得积分10
5秒前
纯真的伟诚完成签到,获得积分10
6秒前
haiyang发布了新的文献求助10
7秒前
罗Eason的应助被皇帝新衣采纳,获得30
8秒前
初景发布了新的文献求助10
9秒前
情怀的应助被朴实小甜瓜采纳,获得10
9秒前
在水一方的应助被抱枝采纳,获得10
9秒前
薛定谔的猫完成签到,获得积分10
9秒前
林木有枝完成签到,获得积分10
10秒前
吴祥坤发布了新的文献求助10
10秒前
ding的应助被烟酒僧采纳,获得10
10秒前
舒心的菀完成签到,获得积分10
10秒前
干净的寒天完成签到,获得积分10
10秒前
赘婿的应助被BANLAN采纳,获得10
12秒前
小蜂丢丢发布了新的文献求助10
12秒前
12秒前
wenwen完成签到,获得积分10
13秒前
15秒前
陈涛完成签到,获得积分10
15秒前
xianyu完成签到 ,获得积分10
16秒前
喵呜发布了新的文献求助10
16秒前
朴实小甜瓜完成签到,获得积分20
17秒前
weotao完成签到,获得积分10
17秒前
吴祥坤完成签到,获得积分10
17秒前
大方的砖家完成签到,获得积分10
18秒前
啾v咪发布了新的文献求助10
20秒前
拾叁完成签到 ,获得积分10
20秒前
20秒前
w1发布了新的文献求助10
21秒前
23秒前
Li完成签到,获得积分10
24秒前
热塑性哈士奇完成签到,获得积分10
24秒前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
自動車の空力技術 800
Organizational Behavior 510
Management and the Arts 510
Geschichtliche Grundbegriffe (GGB), Band 5: Pro–Soz 300
Die Religion in Geschichte und Gegenwart (RGG), 4. Auflage, Band 7: R–S 300
Die Religion in Geschichte und Gegenwart (RGG), 4. Auflage, Band 1: A–B 300
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 计算机科学 化学工程 工程类 有机化学 物理 复合材料 生物化学 内科学 细胞生物学 基因 遗传学 免疫学 冶金 光电子学 癌症研究
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 7791215
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 9328669
关于积分的说明 20423912
捐赠科研通 7380745
什么是DOI,文献DOI怎么找? 3323334
关于科研通互助平台的介绍 2471165
邀请新用户注册赠送积分活动 2340274