在2022 年8 月18 日發表於《自然·物理學》期刊上的一篇文章中，一支跨國研究團隊詳細介紹了在存儲設備中使用“反鐵磁”材料的最新進展。據悉，antiferromagnets 特指具有“由電子自旋引起內部磁場、但又沒有外部（遠距）磁場”的一種特殊材料。得益於此，數據存儲單元（比特位）有望在材料內部實現更緻密的封裝。

研究配圖1 – Mn₃Sn 反手性磁結構/ 磁化壓電控制

一方面，傳統磁存儲器中的鐵磁體，需要避免相鄰數據位（bit）的互相干擾，因而難以做到更加緻密的封裝。

另一方面，若利用由Edwin Hall 在1879 年發現的霍爾效應（Hall Effect），則能夠在反鐵磁材料上施加垂直於電流方向的電壓。

研究配圖2 – 拓補反磁體Mn₃Sn 在面內單軸壓縮下的壓磁效應

當反磁體中的所有自旋都翻轉時，霍爾電壓的符號也會隨時改變—— 這樣就可分別代表二進制比特位的“0”或“1”數值。

尷尬的是，儘管科學家們早就知曉了鐵磁材料中的霍爾效應，但直到最近，大家才認可了它在反鐵磁體中的效應、且知之甚少。

研究配圖3 – Weyl 反鐵磁體的AHE / 在面內單軸應變下的符號反轉

好消息是，來自日本東京大學、美國康奈爾大學、約翰·霍普金斯大學、以及英國伯明翰大學的聯合研究團隊，剛剛對Weyl 反鐵磁體（Mn₃Sn）中的“霍爾效應”的最新解釋。

據悉，該材料具有特別強的自發霍爾效應。而近日發表於《自然·物理學》期刊上的新論文，不僅對鐵磁體/ 反鐵磁體研究領域產生了深遠的影響、還引發了我們對下一代存儲設備的新思考。

研究配圖4 – ferrohalic、parahallic 和diahallic 狀態下/ 霍爾矢量K 的不同應變控制

作為一種“外爾半金屬”，Mn₃Sn 並不是完美的反鐵磁體，且它具有微弱的外部磁場。在此基礎上，研究人員試圖搞清霍爾效應是否由這種弱磁場引起。

實驗期間，科學家們使用了由研究合著者、來自伯明翰大學Clifford Hicks 博士設計的裝置—— 該裝置可用於向被測量材料提供可變的應力。

擴展數據圖- 1：室溫下反鐵磁體中異常霍爾效應的壓電轉換

通過將這種應力施加到外爾反鐵磁體上，剩餘的外部磁場就會有所增加。若霍爾效應由磁場驅動，那材料上的電壓就會產生相應的影響。

然而事實表明，電壓並未發生實質性的變化，證明了磁場並未在其中扮演重要的角色。相反，研究得出了另一個結論，即材料內旋轉電子的排列、才是產生霍爾效應的主因。

Clifford Hicks 表示：“實驗證明了霍爾效應是由傳導電子與其自旋電子的量子相互作用引發，這一發現對於我們深入了解和改進磁存儲技術都至關重要”。

有關這項研究的詳情，還請移步至《Nature Physics》查看，原標題為《Piezomagnetic switching of the anomalous Hall effect in an antiferromagnet at room temperature》。