基尔霍夫定律叠加原理实验体会（我科学家验证双通道反常霍尔效应叠加机理）

科技日报记者吴长锋

记者从中科院合肥研究院获悉，该院强磁场中心陆轻铀研究员与其合作者合作，利用自制的高灵敏磁力显微镜系统，微观上精确鉴别出氧化物超薄膜（SRO）中厚度差仅为1单胞（简称u.c.）的两种不同厚度的微观磁结构之不同，从而验证了该体系中反常霍尔效应起源于双通道叠加，而非来自磁斯格明子。相关研究结果日前发表在《纳米快报》上。

SRO薄膜中霍尔测量结果异常（霍尔电阻测量中的正反峰）的原因一直饱受争议，原因是：其可能起源于磁斯格明子导致的拓扑霍尔效应，也可能起源于不均匀反常霍尔效应的叠加效果，对于单层SRO薄膜，其霍尔异常的原因尚不确定。

合作团队通过生长出高质量的SRO薄膜，控制厚度这一单一变量，发现厚度调制对SRO的反常霍尔效应及其磁结构起决定性作用，提出了反常霍尔效应的双通道叠加模型，即样品厚度的不均匀导致了反常霍尔效应的不均匀，而不同反常霍尔效应的叠加又造成了SRO薄膜的霍尔测量异常。根据该双通道叠加模型，通过微观磁成像研究手段，理论上应在厚度调制的SRO薄膜中观测到与样品台阶形貌密切相关的长条形磁结构，且不同厚度具有不同的矫顽场与饱和磁化强度，应观测到不同厚度对应的磁结构在不同磁场下的先后翻转。

科研人员然凭借自制磁力显微镜系统的超高灵敏度优势，终实现了这些磁结构变化的微观成像，实验结果展现出不同的对比度，从而在磁学上分辨出了二者的不同。随着磁场的反向并增强，成功观测到4u.c.与5u.c.的先后翻转过程。

该研究不仅在微观上证实了双通道反常霍尔效应叠加机理的正确性，也为如何精确调控氧化物薄膜的反常霍尔效应提供了实验依据。

编辑：张琦琪（实习）

审核：朱丽