范德华铁磁体Fe₃GeTe₂反常霍尔效应调控研究

摘要

【目的】磁性材料的本征磁矩可以引发反常霍尔效应，显著降低霍尔电阻，从而改善微纳电子器件热损弊端。二维范德华磁性材料在原子级厚度上展现了出色的铁磁特性与输运性能，可用于制备下一代低维自旋电子器件，在低功耗自旋电子学、量子计算和光通信领域具有巨大的潜力。【方法】研究了块体Fe₃GeTe₂（FGT）的铁磁性和磁各向异性，制备了基于FGT的标准霍尔器件，并详细研究了不同温度和外加磁场方向下FGT纳米片的磁电输运性能。【结果】结果显示，块体FGT在低于居里温度（Tc=165 K）时，具有显著的面外磁易轴（H//c）。零磁场时，存在0.764Ω的反常霍尔电阻（20 K），并且，在140 K时减小到0.332Ω，证明了FGT具有随温度调控的反常霍尔效应；随着外加磁场方向改变，磁滞回环由接近矩形逐渐转变为扁平菱形，表明FGT磁化方向已由面外转变为面内，进一步验证了FGT具有本征的面外磁各向异性。最后，我们还计算了大磁场下（-6 T～6 T）FGT的载流子浓度(20 K时为2.5×10²² cm^-3)和迁移率(20 K时为13.3 cm²/（V·s）)。

关键词

范德华铁磁体 / Fe₃GeTe₂ / 磁各向异性 / 反常霍尔效应 / 磁滞回线

基金资助

国家自然科学基金面上项目（51975400）; 国家重点研发计划（2020YFB1314001）; 山西省基础研究计划青年科学研究项目（20210302124429）