首次在自然氧化的二维室温铁磁晶体Fe₃GaTe_2-x中观察到具有超宽温域、低电流可调性的巨二维斯格明子拓扑霍尔效应（Giant 2D skyrmion topological Hall effect），为基于电流可调的室温二维拓扑霍尔效应的自旋电子器件的实际应用开辟了道路。

左图：斯格明子诱导的拓扑霍尔效应示意图。中图和右图：自然氧化的二维室温铁磁晶体Fe₃GaTe_2-x中的巨二维拓扑霍尔效应。

拓扑霍尔效应是一种主要与Dzyaloshinskii-Moriya (DM)相互作用有关的异常磁电响应，它的发现和调控有望用于基于斯格明子的下一代自旋电子器件。与手性、Kagome、阻挫磁体中的块体DM相互作用诱导的拓扑霍尔效应相比[Science, 365, 914 (2019)]，二维异质结中由界面DM相互作用诱导的拓扑霍尔效应为自旋电子器件的小型化、集成化和可控性提供了一个更广阔的平台，这对当前微电子工业无疑是重要的。然而，目前大多数斯格明子和拓扑霍尔效应仅能稳定在低于或高于室温的一个狭窄温度窗口内，且临界电流密度较高。因此，在室温下实现具有超宽温域和低电流可调性的大拓扑霍尔效应仍然是极具挑战性的。

图1：二维室温铁磁O-FGaT/FGaT异质结中的巨二维斯格明子拓扑霍尔效应。（a）13 nm二维O-FGaT/FGaT在不同温度下的拓扑霍尔电阻率曲线。插图为斯格明子拓扑霍尔效应示意图。（b-d）9.8, 13, 16 nm二维O-FGaT/FGaT的斯格明子相图。（e）19 nm二维O-FGaT/FGaT在不同温度下的拓扑霍尔电阻率曲线。（f）二维斯格明子体系在高温（≥300 K）下的拓扑霍尔电阻率的比较。（g）二维斯格明子体系的最大拓扑霍尔电阻率和拓扑霍尔效应温度窗口的比较。

图2：二维室温铁磁O-FGaT/FGaT异质结中的室温低电流可调的二维拓扑霍尔效应。（a, b）19和13 nm二维O-FGaT/FGaT在不同电流密度下的室温拓扑霍尔电阻率曲线。（c, d）电流密度依赖的拓扑霍尔电阻率和斯格明子迁移速率。红线是拟合曲线。（e）二维斯格明子体系中的室温临界电流密度和斯格明子迁移速率的比较。

图3：未氧化和表面氧化的Fe₃GaTe_2-x中DM相互作用的第一性原理计算。（a）未氧化的块体Fe₃GaTe_2-x的原子模型、层分辨自旋轨道耦合能差和DM相互作用参数。（b-d）未氧化、氧替位、氧间隙的双层Fe₃GaTe_2-x的原子模型、层分辨自旋轨道耦合能差和DM相互作用参数。每种情况下方插入的数值为总的微观和微磁DM相互作用参数。（e）氧化或未氧化的双层和块体Fe₃GaTe_2-x的DM相互作用能的比较。

CPL Express Letters栏目简介