Intrinsic Nonlinear Hall Detection of the Néel Vector for Two-Dimensional Antiferromagnetic Spintronics

自旋电子学 反铁磁性 凝聚态物理 物理 功勋 材料科学 铁磁性 光电子学
作者
Jizhang Wang,Hui Zeng,Wenhui Duan,Huaqing Huang
出处
期刊:Physical Review Letters [American Physical Society]
卷期号:131 (5) 被引量:4
标识
DOI:10.1103/physrevlett.131.056401
摘要

The respective unique merit of antiferromagnets and two-dimensional (2D) materials in spintronic applications inspire us to exploit 2D antiferromagnetic spintronics. However, the detection of the N\'eel vector in 2D antiferromagnets remains a great challenge because the measured signals usually decrease significantly in the 2D limit. Here we propose that the N\'eel vector of 2D antiferromagnets can be efficiently detected by the intrinsic nonlinear Hall (INH) effect which exhibits unexpected significant signals. As a specific example, we show that the INH conductivity of the monolayer manganese chalcogenides Mn$X$ ($X$=S, Se, Te) can reach the order of nm$\cdot$mA/V$^2$, which is orders of magnitude larger than experimental values of paradigmatic antiferromagnetic spintronic materials. The INH effect can be accurately controlled by shifting the chemical potential around the band edge, which is experimentally feasible via electric gating or charge doping. Moreover, we explicitly demonstrate its $2\pi$-periodic dependence on the N\'eel vector orientation based on an effective $k.p$ model. Our findings enable flexible design schemes and promising material platforms for spintronic memory device applications based on 2D antiferromagnets.
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