穩態強磁場實驗裝置（SHMFF）用戶中國科學技術大學陳仙輝院士團隊，借助SHMFF自研的高靈敏旋轉磁力顯微鏡系統（MFM），在MnGe薄膜平面霍爾效應的研究方面取得了重要進展。相關研究成果發表在Nature Index期刊Applied Physical Letters上。

平面霍爾效應（PHE）憑借其高信噪比和低熱漂移的特性，在自旋電子學應用領域備受矚目。一般而言，PHE呈現出π周期性。然而，此次研究團隊在MnGe薄膜中發現了獨特現象：π和π/2周期性共存。研究人員對MnGe薄膜的PHE和各向異性磁電阻效應進行了輸運測量，在固定磁場的條件下旋轉樣品來測量PHE時，，發現PHE會隨著磁場的變化而改變符號。值得注意的是，在7 T磁場下，π/2周期的快速振蕩現象格外顯著。通過對實驗數據進行分解和擬合，研究人員成功確定了π和π/2周期分量的特征。

為深入理解這種周期性共存現象背后的物理機制，團隊成員利用MFM展開進一步研究，該設備具備能夠在12 T超導磁體的5 K低溫環境中直接旋轉顯微鏡的獨特優勢，從而實現高達12 T面內磁場下、分辨率優于50 nm的磁疇圖像表征。通過MFM對不同溫度和磁場下的磁疇進行測量，研究人員發現磁疇強度的變化與PHE的周期性變化存在緊密聯系。例如，在3 T磁場下，部分磁疇強度的變化與π周期PHE的變化趨勢一致；而另一部分磁疇強度的變化則與π/2周期PHE的變化相符。這一發現從微觀層面揭示了PHE周期性的磁疇起源，為解釋實驗現象提供了關鍵證據。

該研究成果進一步加深了人們對MnGe薄膜磁特性的認識，有望為開發新型高性能磁存儲和傳感設備提供理論與技術支撐。

中國科學技術大學李朝航、孟凡保博士以及中國科學院合肥物質院強磁場中心趙科森為論文的共同第一作者；中國科學技術大學陳仙輝院士和強磁場中心陸輕鈾研究員為共同通訊作者。該項研究得到了國家自然科學基金、強磁場安徽省實驗室等項目的支持。

論文鏈接：https://doi.org/10.1063/5.0254689

圖：旋轉磁力顯微鏡在MnGe薄膜中觀測到兩套磁性紋理，其隨磁場和溫度變化規律與PHE中出現的π和π/2周期性強度相對應，顯示了二者具備關聯性