針對上述(Mn,Bi)2Se3基態(tài)自旋結(jié)構(gòu)方面的爭議，中國科學(xué)院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國家研究中心納米物理與器件實驗室N08組的博士生劉楠、滕靜副研究員和李永慶研究員對Mn摻雜的Bi2Se3開展了系統(tǒng)的薄膜制備和電子輸運性質(zhì)研究。他們不僅在這個體系中觀測到了反?；魻栃?yīng)，并且發(fā)現(xiàn)隨著Mn摻雜濃度的提高，反?；魻栯娮璧姆栍烧?yōu)樨?fù)。類似的反?；魻栯娮璧姆柛淖円部梢酝ㄟ^改變柵壓來實現(xiàn)。他們還發(fā)現(xiàn)符號為正負(fù)的這兩種反?；魻栯娮杩梢栽诤軐挼膮?shù)范圍內(nèi)共存并且呈現(xiàn)出截然不同的對摻雜濃度和柵壓的依賴關(guān)系。數(shù)據(jù)分析表明，反?；魻栯娮璧倪@兩個分量很可能分別來源于系統(tǒng)體態(tài)和表面態(tài)中不同的磁有序。這種雙分量的反?；魻栃?yīng)的實驗觀察尚屬首次，以前從未在磁性摻雜的拓?fù)浣^緣體或其他磁性材料中被觀測到。這些研究結(jié)果表明反常霍爾效應(yīng)為理解磁性摻雜、拓?fù)浣^緣體表面態(tài)和體態(tài)之間的復(fù)雜相互作用以及該體系中多種磁有序之間的競爭提供了一個靈敏和方便的手段，這對利用拓?fù)浣^緣體尋找新型的自旋結(jié)構(gòu)以及制備更高質(zhì)量的磁性拓?fù)浣^緣體材料具有重要的意義。
相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表于N. Liu, J. Teng & Y. Q. Li, Nature Communications 9, 1282 (2018)。該工作得到了科技部、國家自然科學(xué)基金委員會和中國科學(xué)院的資助。
圖1 (a)電子輸運測量中使用的帶有背柵的霍爾器件示意圖。(b)SrTiO3(111)襯底上生長的10 nm厚(Bi1?xMnx)2Se3(x=0.02)薄膜的原子力顯微鏡形貌圖及原位反射高能電子衍射斑。
圖2 (a)不同Mn摻雜濃度的(Bi1?xMnx)2Se3樣品的霍爾電阻Ryx和反?；魻栯娮?/span>RAH隨磁場的變化。(b) 不同柵壓下(Bi1?xMnx)2Se3(x=0.02)樣品的Ryx和RAH隨磁場的變化。
