Giant 2D Skyrmion Topological Hall Effect with Ultrawide Temperature Window and Low-Current Manipulation in 2D RoomTemperature Ferromagnetic Crystals

空中骑兵 自旋电子学 欧姆 铁磁性 凝聚态物理 霍尔效应 材料科学 电流(流体) 拓扑(电路) 物理 磁场 量子力学 热力学 数学 组合数学
作者
Gaojie Zhang,Qingyuan Luo,Xiaokun Wen,Dong Wu,Yang Li,Jiahong Wen,Luji Li,Jia Zhang,Wenfeng Zhang,Haibo Shu,Haixin Chang
出处
期刊:Chinese Physics Letters [Institute of Physics]
标识
DOI:10.1088/0256-307x/40/11/117501
摘要

The discovery and manipulation of topological Hall effect (THE), an abnormal magnetoelectric response mostly related to the Dzyaloshinskii-Moriya interaction (DMI), are promising for next-generation spintronic devices based on topological spin textures such as magnetic skyrmions. However, most skyrmions and THE are stabilized in a narrow temperature window either below or over room temperature with high critical current manipulation. It is still elusive and challenging to achieve large THE with both wide temperature window till room temperature and low critical current manipulation. Here, by using controllable, naturally-oxidized, sub-20 and sub-10 nm 2D van der Waals room-temperature ferromagnetic Fe3GaTe2-x crystals, robust 2D THE with ultrawide temperature window ranging in three orders of magnitude from 2 to 300 K is reported, combining with giant THE of ~5.4 micro-ohm cm at 10 K and ~0.15 micro-ohm cm at 300 K which is 1-3 orders of magnitude larger than that of all known room-temperature 2D skyrmion systems. Moreover, room-temperature current-controlled THE is also realized with a low critical current density of ~6.2*10^5 A cm^-2. First-principles calculations unveil natural oxidation-induced highly-enhanced 2D interfacial DMI reasonable for robust giant THE. This work paves the way to room-temperature, electrically-controlled 2D THE-based practical spintronic devices.

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