Университет Тохоку переключил нелинейный эффект Холла в плёнке Mn3Sn импульсами тока при комнатной температуре

Исследователи Университета Тохоку и Японского агентства по атомной энергии (JAEA) с помощью электрического тока переключили квантово-геометрическое нелинейное холловское состояние (QgNLH) в эпитаксиальной тонкой плёнке хирального антиферромагнетика Mn3Sn. Результаты опубликованы в журнале Newton 4 ноября 2026 года. По данным пресс-релиза, это первое управление таким состоянием электрическим током sciencedirect.comNewtonsciencedirect.comОткрыть источник ↗. Эксперименты проводились при комнатной температуре.

Нелинейный эффект Холла в Mn3Sn

В обычном проводнике напряжение и ток пропорциональны, как описывают закон Ома и эффект Холла. При нелинейном эффекте Холла напряжение в направлении, поперечном току, уже не подчиняется этой линейной зависимости. Квантовая геометрия, то есть геометрическая структура электронных квантовых состояний, участвует в возникновении такого отклика.

Команда наблюдала в плёнке Mn3Sn при комнатной температуре нелинейный эффект Холла третьего порядка: нелинейное напряжение пропорционально кубу тока. Знак эффекта меняется при обращении хиральной спиновой структуры, причём переключение энергонезависимо. Сочетая эксперименты с теоретическими расчётами, авторы заключили, что эффект имеет квантово-геометрическое происхождение.

Переключение спин-орбитальным моментом

Когда ток течёт в слое тяжёлого металла, примыкающем к Mn3Sn, возникающий спин-орбитальный момент действует на спиновую структуру Mn3Sn и способен её переключить. Подавая импульсы тока противоположной полярности, исследователи меняли знак нелинейного холловского отклика третьего порядка sciencedirect.comNewtonsciencedirect.comОткрыть источник ↗.

Ведущий автор Томохиро Утимура сообщил, что детерминированное переключение состояния QgNLH достигнуто при конечном смещающем магнитном поле, а при нулевом поле состояние флуктуирует. Авторы отмечают, что квантовую геометрию принято считать встроенным свойством материала. В этой работе отклик изменяли, электрически управляя магнитным порядком.

Корреспондирующие авторы Цзяхао Хань и Сюнсукэ Фуками заявили, что подход может помочь в разработке нелинейных устройств с токовой настройкой, например мультиплексоров частот и выпрямителей. Они также ожидают, что такие устройства выиграют в энергоэффективности и скорости, которые магниторезистивная память (MRAM) получила благодаря спинтронным методам. Описанная работа состоит из экспериментов на тонких плёнках.