Large anomalous Hall current induced by topological nodal lines in a ferromagnetic van der Waals semimetal

강자성 반데르발스 물질에서 위상 마디선에 의한 큰 비정상 홀전류 측정



본 연구에서는 강자성을 가지는 반데르발스 물질인 Fe3GeTe2가 위상 마디선을 가지는 준금속 상태임을 처음으로 밝혀냈다. 이는 위상 마디선을 가지는 준금속 상태가 자성 물질에서도 존재할 수 있음을 증명한 첫번째 연구 결과이다. 강자성 위상 준금속의 큰 비정상 홀전류를 이용하면 스핀 전류 조절을 통해 새로운 정보소자 개발에 큰 도움이 될 것으로 기대된다. 이 연구 결과는 서울대와 포항공대의 여러 이론/실험 그룹들의 공동연구를 통해 이뤄낸 성과이다.


Topological semimetals host electronic structures with several band contact points or lines and are generally expected to exhibit strong topological responses. Up to now, most work has been limited to non-magnetic materials and the interplay between topology and magnetism in this class of quantum materials has been largely unexplored. Here we utilize theoretical calculations, magnetotransport and angle-resolved photoemission spectroscopy(ARPES) to propose Fe3GeTe2, a van der Waals (vdW) material, as a candidate ferromagnetic (FM) nodal line semimetal. We find that the spin degree of freedom is fully quenched by the large FM polarization while the line degeneracy is protected by crystalline symmetries connecting two orbitals in adjacent layers. This orbital-driven nodal line is tunable by spin orientation due to spin-orbit coupling (SOC) and produces a large Berry curvature, leading to a large anomalous Hall current, angle and factor. These results demonstrate that FM topological semimetals hold significant potential for spin and orbital-dependent electronic functionalities

Authors: Kyoo Kim*, Junho Seo*, Eunwoo Lee (서울대), K.-T. Ko, B. S. Kim (서울대), Bo Gyu Jang, Jong Mok Ok, Jinwon Lee, Youn Jung Jo, Woun Kang, Ji Hoon Shim, C. Kim (서울대), Han Woong Yeom, Byung Il Min, Bohm-Jung Yang* (서울대) & Jun Sung Kim*
Journal: Nature Materials (2018)
Publication date: 16 July 2018

https://www.nature.com/articles/s41563-018-0132-3