Nature：自旋霍尔诱导的双线性磁电阻

一、 【科学背景】  

       自旋霍尔效应（Spin Hall effect, SHE）在磁电材料中的应用，特别是在诱导二阶谐波纵向电阻（bilinear magnetoelectric resistance, BMER）方面，是一个前沿研究领域。磁阻是一种基本的传输现象，对于读取各种信息存储、创新计算和传感器设备读取磁态所必不可少的。最近的研究已将磁阻的范围扩大到非线性机制，如双线性磁电电阻 (BMER)，它与电场和磁场成正比。在这里，新加坡国立大学Hyunsoo Yang团队证明了双线性磁电阻是一种普遍的现象，甚至出现在没有明确动量空间自旋纹理的三维系统中。理论表明自旋霍尔效应能够实现 BMER，前提是上下界面的自旋积聚量在顶部和底部界面的自旋累积量不完全相同的情况下，自旋霍尔效应就能实现 BMER。相关研究成果以 “Spin Hall-induced bilinear magnetoelectric resistance”为题目发表在国际顶级期刊Nature Material上。

二、【科学贡献】

图1 自旋霍尔诱导的 BMER。© 2024 Nature

图2 观察 α-Fe₂O₃/Pt 的 BMER。© 2024 Nature

图3 α-Fe₂O₃/Pt二次谐波磁电阻的温度特性。© 2024 Nature

图4 不同磁性多层膜的BMER。© 2024 Nature

三、【 创新点】 

      1．提出了自旋霍尔效应（SHE）在反铁磁材料中的新应用，特别是在诱导二阶谐波纵向电阻（BMER）方面。

2. 研究团队观察到了与外部磁场和温度相关的BMER信号，这些信号与材料的磁化强度趋势不一致。
3. BMER可以作为一种探测三维自旋纹理的新方法，这一点对于理解和利用拓扑表面态中的自旋纹理具有重要意义，尤其是在拓扑绝缘体和磁性材料的研究中

四、【 科学启迪】

       BMER作为一种普遍的非线性输运特性，在三维系统中，特别是在反铁磁自旋电子学中起着至关重要的作用。将BMER从特定的二维自旋动量锁定系统推广到了三维对称性破缺的多层膜系统，这将有助于更好地理解反铁磁耦合系统（如AFM和亚铁磁体）中的非线性输运。文章中提出的理论模型和实验结果表明，自旋霍尔效应在磁电材料中的应用前景广阔，尤其是在实现磁电耦合和自旋控制方面。这些发现不仅有助于深入理解自旋霍尔效应在三维系统中的作用，而且为未来的磁电材料设计和自旋电子学器件的创新提供了新的研究方向。在实际应用中也具有潜在的价值，特别是在磁存储和自旋电子学领域。通过深入研究自旋霍尔效应在磁电材料中的作用，科学家们可以设计出更加高效和可靠的磁电器件。

原文详情：https://www.nature com/articles/s41563-024-02000-0