拓扑反铁磁态的电学调控

对非平凡能带拓扑所导致的涌现现象进行电学调控，是实现利用拓扑保护的下一代技术的关键。Weyl 半金属是一种三维无能隙系统，其低能准粒子为 Weyl 费米子。它表现出多种奇异现象，如大反常霍尔效应(AHE)和手性反常，这些性质因拓扑保护的 Weyl 节点而具有鲁棒性。为调控此类现象，Weyl 半金属磁性版本将很有用，因为磁纹理可提供控制 Weyl 节点在布里渊区中位置的手段。此外，鉴于反铁磁(AF)自旋电子学在实现超高密度、超快操作器件方面的前景，若能电学调控 AF Weyl 金属将是理想的。然而，尚无关于 Weyl 金属电学调控的报道。本文中我们展示了拓扑 AF 态的电学翻转及其在室温下由 AHE 的检测。特别地，我们采用 AF Weyl 金属 Mn$_3$Sn 的多晶薄膜，其展现零场 AHE。利用 Mn$_3$Sn 与非磁性金属(NMs)的双层器件，我们发现 NMs 中 $\sim 10^{10}$-$10^{11}$ A/m$^2$ 的电流密度诱导了磁翻转并伴随霍尔电压的大幅变化，并且沿偏置场的电流极性与 NMs 的自旋霍尔角 $\theta_{\rm SH}$ 的符号[Pt ($\theta_{\rm SH} > 0$)、Cu($\theta_{\rm SH} \sim 0$)、W ($\theta_{\rm SH} < 0$)]决定了霍尔电压的符号。值得注意的是，反铁磁体中的电学翻转采用了与铁磁金属相同的协议。我们的观测很可能引领拓扑磁学与 AF 自旋电子学在科技上的又一次飞跃。