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Coexisting Ferromagnetic–Antiferromagnetic State and Giant Anomalous Hall Effect in Chemical Vapor Deposition-Grown 2D Cr5Te8

自旋电子学 铁磁性 材料科学 凝聚态物理 霍尔效应 反铁磁性 碲化物 居里温度 化学气相沉积 纳米技术 电阻率和电导率 冶金 物理 量子力学
作者
Lei Fu,Andres E. Llacsahuanga Allcca,Yong P. Chen
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/acsnano.4c08700
摘要

Two-dimensional (2D) magnets, as an important member of the 2D material family, have emerged as a promising platform for spintronic devices. Herein, we report the chemical vapor deposition (CVD) growth of highly crystalline submillimeter-scale self-intercalated metallic 2D ferromagnetic (FM) trigonal chromium telluride (Cr5Te8) flakes on inert mica substrates. Through magneto-optical and magnetotransport measurements, we unveil the exceptional magnetic properties of these 2D flakes. The trigonal Cr5Te8 flakes exhibit a strong anisotropic FM order with a Curie temperature above 220 K. Notably, an emergent antiferromagnetic (AFM) state is observed in the MOKE signal from ultrathin Cr5Te8 flakes around the Curie temperature. The AFM state has a relatively weak interlayer exchange coupling, allowing a switching between the interlayer AFM and FM states by tuning the temperature. Meanwhile, the trigonal Cr5Te8 flakes exhibit a giant anomalous Hall effect (AHE), with an anomalous Hall conductivity of 710 Ω–1 cm–1 and an anomalous Hall angle of 3.5% at zero magnetic field, surpassing typical itinerant ferromagnets. Further analysis suggests that the AHE in trigonal Cr5Te8 is primarily driven by the skew-scattering mechanism rather than the intrinsic or extrinsic side-jump mechanism. These findings demonstrate the potential of CVD-grown ultrathin Cr5Te8 flakes as a promising 2D magnetic material with exceptional AHE properties for future spintronic applications.
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