在剥离的Fe$_{5-x}$GeTe$_2$中写入与检测拓扑电荷

Fe$_{5-x}$GeTe$_2$因其磁性（包括高于室温的居里温度，以及导致显著反常霍尔效应（AHE）及其拓扑对应效应（THE）的拓扑自旋织构（TST，包括半子和斯格明子）），成为一种有望实际应用的二维（2D）范德瓦尔斯（vdW）磁体，这些效应可用于自旋电子学。在此，我们展示了仅通过调整剥离的Fe$_{5-x}$GeTe$_2$的厚度，就能显著放大AHE和THE，并且由于磁场诱导的拓扑电荷不平衡，THE甚至在零磁场下也变得可观测。利用一套互补技术，包括电子输运、洛伦兹透射电子显微镜和微磁学模拟，我们揭示了剥离后出现的、在块材中不存在的大矫顽场，这意味着存在影响TST的厚度依赖磁相互作用。我们探测到一个“魔幻”厚度$t \sim$30 nm，在此厚度下TST的形成最大化，在$T$ ~ 120 K时诱导出大量级的拓扑电荷密度（$6.45 \times 10^{20}$ cm$^{-2}$），以及伴随的反常霍尔电阻率（$\rho_{xy}^{\text{A,max}} \simeq 22.6$ $\mu \Omega$cm）和拓扑霍尔电阻率（$\rho_{xy}^{\text{u,T}} \simeq 15$ $\mu \Omega$ cm）最大值。这些$\rho_{xy}^{\text{A,max}}$和$\rho_{xy}^{\text{u,T}}$的值高于在磁性拓扑绝缘体中发现的数值，并且是迄今为止在二维磁体中报道的最大值。此前未观测到的零磁场下的THE，可为基于vdW铁磁体的能量高效器件中TST的写入和电学检测提供一个平台。