【仪表网 研发快讯】近期，中国科学院合肥物质院强磁场中心低功耗量子材料研究团队屈哲研究员、曾庆祺博士与中国科学院物理研究所磁学国家重点实验室刘恩克研究员合作，在笼目晶格磁性外尔半金属Co3Sn2S2中揭示了类似交换偏置效应的等温可调不对称磁化行为，为调控这一磁性外尔体系的磁化翻转提供了新的路径，该成果发表在国际知名期刊Materials Today Physics上。
磁性外尔材料的磁性特性保证了体系时间反演对称性的破缺，通过改变温度、磁场、电场等条件来调控其磁化状态，从而观察到拓扑物理性质的响应。其中，Co3Sn2S2不仅具有硬磁性，还展现出由贝利曲率主导的拓扑输运物性，这种结合自旋电子学和拓扑物理的特性，为开发新一代磁性拓扑器件提供了重要基础。在磁存储、自旋器件中，交换偏置效应起着增强稳定性、防止外界干扰等重要作用。此前的研究已在Co3Sn2S2体系中观察到类交换偏置的现象[Nat. Commun.11, 560 (2020), Phys. Rev. B105, 144423 (2022)]，但其演化规律和起源还不清楚。
研究团队通过测量Co3Sn2S2在不同磁化历史下的霍尔回线和磁滞回线，在该体系中实现了偏置符号、大小等温反复可调的不对称磁化行为 [图1(a–d)]，而当施加的外磁场足够高时，正负矫顽力变得对称，偏置现象消失 [图1(e)]。进一步分析表明，这种不对称磁滞回线的根源在于Co3Sn2S2体系中存在具有数特斯拉翻转临界场的硬磁性微观磁态，当测量中施加的最高外磁场低于翻转临界场时，磁态保持原有取向，对磁化翻转的单向作用主导了回线单侧较低的矫顽力 [图1(f)]，呈现出可调的类交换偏置的行为；而当外加磁场高于翻转临界场时，磁态被取向到外场方向，不再影响下一次反磁化过程，类交换偏置行为消失，回线变得对称。
这一结果揭示了Co3Sn2S2中类交换偏置行为具有与传统交换偏置行为截然不同的机制，这不仅加深了我们对Co3Sn2S2这一典型磁性外尔材料磁性的理解，还为调控磁化翻转、进而调控拓扑输运物性提供了新的思路。
强磁场中心曾庆祺博士为该工作第一作者，强磁场中心屈哲研究员和物理所刘恩克研究员为共同通讯作者。强磁场中心为该工作的第一单位。该项研究工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国科学院建制化科研项目、中国科学院青年团队项目、安徽省重大专项、强磁场安徽省实验室等的支持。
图1 (a–d) 5 K等温可调的不对称霍尔回线(插图示意加场过程)；(e) 足够高的外加磁场下回线对称，正负矫顽力达最大值；(f) 微观局域磁态对磁化翻转的影响示意图。
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