实验室成员在磁性掺杂拓扑绝缘体的输运性质研究方面取得进展

2014年9月18日

实验室成员在磁性掺杂拓扑绝缘体的输运性质研究方面取得进展

磁性材料中的磁电阻行为一直是自旋电子学研究中重要的前沿领域之一。具有长程铁磁序的拓扑绝缘体薄膜可以看成是两层具有不同手性的狄拉克费米子中间夹着一层铁磁体,对其磁有序态和磁阻行为的研究具有很高的学术价值和应用前景。

实验室博士研究生张祚成和冯硝等在导师王亚愚、何珂和薛其坤的指导下,对具有长程铁磁序的拓扑绝缘体薄膜进行了系统的输运性质研究。他们利用分子束外延技术生长了的拓扑绝缘体薄膜具有丰富而复杂的磁阻行为。特别是,当材料费米能离狄拉克点很近的时候,磁阻随着磁场增大而增大,而当材料费米能远离狄拉克点的时候,磁阻随着磁场增大而减小。这种行为与拓扑表面态的局域化理论预言相反,而与该材料中铁磁性的强度紧密相连。他们的分析表明这种复杂磁阻行为的物理机制是由拓扑引起的弱反局域化与铁磁性引起的负磁阻效应的竞争而引起的。

这项工作揭示了拓扑绝缘体中铁磁序以及磁电阻的新行为,而利用外加电场对磁效应的原位调控为该材料在自旋电子学器件中的应用提供了便利。该研究成果以“Electrically tuned magnetic order and magnetoresistance in a topological insulator”为题发表在9月15日的Nature Communications上。