从晶体与磁结构理解 Co$_{1/3}$NbS$_{2}$ 中的反常霍尔效应

近来,在插层过渡金属二硫属化物(TMDC)Co$_{1/3}$NbS$_{2}$ 中,于已知的 $T_N$ = 29 K 磁相变以下观测到了巨大的反常霍尔效应(AHE)。该材料中的自旋被广泛认为以高度对称的共线反铁磁构型有序,这引发了大量关于所报道的 AHE 如何能与此种态相调和的争论。在本文中,我们通过给出 Co$_{1/3}$NbS$_{2}$ 单晶的中子衍射新数据以及一项分析来解决这一争议,该分析表明该材料中的磁矩有序为非共线构型,但保持了与共线相同时的镜面反射对称性。我们给出了新的输运与磁光克尔测量,表明 AHE 特征在 $T_N$ 以下持续存在至低至 $T$ = 5 K 的温度,并将其与长程反铁磁序紧密关联。最后,我们表明这些 AHE 特征可由基于中子衍射确定的晶格与自旋态的密度泛函理论(DFT)计算定量重现。这些综合发现确立了“晶体霍尔效应”图景的真实性,该图景展示了此类效应如何能在具有手性晶格对称性的化合物中由磁轨道的形状产生,而与有序自旋构型的对称性无关。这些结果照亮了发现反常霍尔材料的新路径,并激励了对插层 TMDC 及其他含反铁磁序与手性晶格对称性化合物的输运性质的针对性研究。