Half-metallic ferromagnetism and intrinsic anomalous Hall effect in the topological Heusler compound Co2MnGe

凝聚态物理 物理 铁磁性 散射 霍尔效应 马格农 磁电阻 散射率 自旋极化 电阻率和电导率 电子 磁场 超导电性 量子力学
作者
Sudipta Chatterjee,Saheli Samanta,Barnali Ghosh,Kalyan Mandal
出处
期刊:Physical review [American Physical Society]
卷期号:108 (20) 被引量:29
标识
DOI:10.1103/physrevb.108.205108
摘要

Half-metallic ferromagnets (HMFs) are ferromagnetic metallic compounds with 100% spin polarization at the Fermi level $({E}_{F})$, and thus they are of particular interest in the field of spintronics, but the identification of HMFs with experiments is a challenging task. In principle, temperature-dependent electrical transport measurements should sensitively probe the half-metallic ferromagnetism since the spin-flip electron-magnon scattering mechanism is expected to be absent. In this work, we perform a systematic temperature-dependent electrical transport measurement on the ferromagnetic full Heusler compound ${\mathrm{Co}}_{2}\mathrm{MnGe}$. Our experimental results reveal that ${\mathrm{Co}}_{2}\mathrm{MnGe}$ exhibits an exponential suppression of spin-flip electron-magnon scattering below a characteristic crossover temperature $(\mathrm{\ensuremath{\Delta}}\ensuremath{\sim}79 \mathrm{K})$, which suggests that this material possesses a perfect spin polarization at the low temperature. The energy gap $({k}_{B}\mathrm{\ensuremath{\Delta}})$ characterizing the suppression of spin-flip electron-magnon scattering is $\ensuremath{\sim}7\phantom{\rule{0.28em}{0ex}}\mathrm{meV}$. This key finding is further established by a sign change in magnetoresistance at $T\ensuremath{\gtrsim}\mathrm{\ensuremath{\Delta}}$. Moreover, we have also studied the anomalous Hall effect (AHE) of the present compound. We find a notable change in the ordinary Hall coefficient $({R}_{0})$ and in the carrier density $(n)$ at $T\ensuremath{\lesssim}\mathrm{\ensuremath{\Delta}}$, which is consistent with the complete absence of minority-spin states at the ${E}_{F}$. The anomalous Hall resistivity $({\ensuremath{\rho}}_{yx}^{A})$ is observed to scale near quadratically with the longitudinal resistivity $({\ensuremath{\rho}}_{xx})$, and further experimental analysis indicates that the AHE in ${\mathrm{Co}}_{2}\mathrm{MnGe}$ is dominated by the intrinsic Karplus-Luttinger Berry phase mechanism. These findings imply that the ${\mathrm{Co}}_{2}\mathrm{MnGe}$ is a rare ferromagnetic full Heusler compound in which half-metallicity coexists with the topology-driven AHE.
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