稳态强磁场实验装置（SHMFF）用户中国科学院合肥物质院强磁场科学中心低功耗量子材料研究团队依托SHMFF磁性测量系统，通过磁输运测量，在二维铁磁材料Fe5-xGeTe2纳米片中观测到非互易反对称磁电阻及非常规霍尔效应。相关研究成果发表在国际知名期刊ACS Nano上。
二维铁磁材料，作为低维功能材料家族中的重要一员，因其独特的磁性和广阔的应用前景而受到科学家的广泛关注。特别是那些具有高居里温度的二维铁磁材料，如Fe5-xGeTe2，其居里温度高达310K，使得这类材料在磁存储等领域具有潜在的应用价值。
然而，Fe5-xGeTe2的复杂磁基态和对样品尺寸、外部磁场的敏感性，使得其磁输运性质以及与电子、晶格和磁畴结构之间的关联性一直是一个谜团。为了解决这一问题，研究团队精心制备了具有室温磁性的Fe5-xGeTe2单晶，并对其进行了系统的磁输运性质研究。
在研究中，研究团队发现随着温度的降低，Fe5-xGeTe2的易磁化轴会发生从面内到面外的转变。通过机械剥离，团队获得了不同厚度（7 nm ~ 50 nm）的Fe5-xGeTe2纳米片，进一步输运测试发现了与块体样品截然不同的磁输运行为。这表明该体系的磁性具有显著的厚度依赖性，为二维铁磁材料的研究开辟了新的方向。
此外，研究团队还发现了Fe5-xGeTe2纳米片中的反对称磁电阻效应和非常规霍尔效应。这些新奇磁效应的存在，使得该材料在特定条件下产生额外的反对称磁阻，从而导致其在不同磁场方向下的宏观电输运特性有一定的差异。通过对温度、磁场取向和样品厚度的细致分析，他们进一步揭示了材料中条纹畴结构对该反对称磁阻的关键作用，这种结构的存在使得材料在磁场翻转时处于不同磁阻态，从而表现出类似于磁阻式非易失性存储器的行为。
这一发现不仅增加了我们对二维铁磁材料的理解，而且有望进一步拓展二维铁磁材料在自旋电子器件领域的应用前景。
强磁场中心博士研究生苗伟婷为该论文第一作者，田明亮研究员和牛群副研究员为共同通讯作者。该研究得到了科技部重点研发计划、国家自然科学基金、合肥大科学中心创新培育基金等项目的支持。
文章链接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsnano.3c08954
图1 (a) 微纳器件示意图，(b) Fe5-xGeTe2微纳器件的电阻值及温阻系数随温度依赖性，(c) 85 K的纵向磁阻（MR）和霍尔电阻（Rxy），(d)非常规霍尔效应。