近日，糖心视频 柳祝红教授课题组与合作者中科院物理研究所刘恩克研究员，在磁性功能材料的反常输运研究方面取得进展，相关成果以"Giant Anomalous Hall Conductivity in a Topological Nodal-Chain L12-Fe3Ga: Intrinsic and Extrinsic Origins"为题发表在国际期刊《Advanced Functional Materials》（IF：19，中科院一区Top）。糖心视频 硕士研究生李泽中和余江涛为共同一作。
反常霍尔效应（AHE）是磁性材料中重要的输运现象，在磁性传感器与自旋电子器件中具有明确的潜在应用价值。增强反常霍尔电导率（AHC）需探索具有特殊能带拓扑结构的新型磁性金属。近年来，拓扑半金属/金属因其对称性保护的能带交叉点而受到广泛关注，其中节链结构作为一维节点线网络的延伸，可诱导显著的贝利曲率，进而产生巨大的内禀AHC。L12相Fe3Ga是一种具有高居里温度（893 K）的立方合金，沿[111]方向呈现Kagome晶格。尽管其铁磁性已被认识，但其电子结构的拓扑性质及其与AHE的关联此前尚未被揭示。本研究首次通过理论计算与实验结合，证实L12相Fe3Ga为拓扑节链金属，并揭示了其内禀与外禀机制协同贡献巨大AHC的物理图像。
理论预测：
第一性原理计算表明，L12相Fe3Ga在费米能级上方约22 meV处存在由两个互相垂直的节点环构成的节链结构。自旋-轨道耦合（SOC）效应打开节点环的能隙，诱导出强烈的贝利曲率，理论计算的内禀AHC约为965 S/cm（磁化沿[001]方向）。计算还显示该内禀AHC在[001]、[011]和[111]三个取向上几乎各向同性。
图1 L12相Fe3Ga的晶体结构和能带结构
图2 L12相Fe3Ga的节链和内禀反常霍尔电导率
实验验证：
实验合成了Fe3−xGa1+x（x = 0, 0.02, 0.04, 0.06和0.08）系列多晶块体样品。多晶L12相Fe3Ga在10 K下总AHC达1939 S/cm，在300 K下仍保持1007 S/cm，超过了许多典型的Weyl/节点线半金属（如单晶Co3Sn2S2的1130 S/cm @ 2 K）及单晶Heusler合金Co2MnAl（1530 S/cm @ 2 K）。相较于单晶制备成本高、工艺复杂，多晶L12相Fe3Ga在磁传感器、自旋电子学器件领域具有较大的应用潜力。
图3 AHC来源分析与不同材料的数值比较
通过TYJ标度模型对x = 0样品进行分析，得到内禀贡献b = 1129 S/cm，与理论值965 S/cm接近；外禀贡献（主要来自少量D03相杂质）高达810 S/cm（10 K）。当Ga掺杂量增加至x = 0.04以上，D03相消失，外禀贡献降至约112 S/cm。Ga掺杂使反常霍尔角在x = 0.08时达到8.6%（300 K），同时保持较大的内禀AHC（688 S/cm）。
本研究工作证实了L12相Fe3Ga为一种拓扑节链金属，其多晶样品在10 K和300 K分别实现1939 S/cm和1007 S/cm的显著AHC。该优异性能源于内禀（节链诱导的贝利曲率）与外禀两种机制的协同作用。Ga掺杂可有效调节费米能级位置和载流子类型，进一步提高反常霍尔角。该工作不仅为拓扑输运提供了理想材料平台，也为开发高性能磁传感器等自旋电子器件提供了新思路。
参考文献：
Z.Z. Li, J.T. Yu, X.H. Fu, X.R. Xu, L.Y. Wang, E.K. Liu, and Z.H. Liu, Giant Anomalous Hall Conductivity in a Topological Nodal‐Chain L12‐Fe3Ga: Intrinsic and Extrinsic Origins. Advanced Functional Materials, 36(31) (2026) e24000.
论文链接：
//advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.202524000
