北京师范大学物理学系高等量子研究中心袁喆教授课题组与同济大学物理科学与工程学院周仕明教授团队通过理论和实验深度合作，首次揭示了铁磁金属材料四度对称各向异性磁电阻的微观机制。
铁磁金属的电阻率随电流与磁化方向的夹角j改变的现象称为“各向异性磁电阻”，早在1857年由英国物理学家威廉×汤姆森（即后来的开尔文勋爵）在测量铁和镍的电阻率时首先发现，如今广泛应用于磁传感领域。在多晶材料中，对称性的限制使电阻率仅呈现出cos2j型的二度对称性。自上世纪30年代首次在单晶镍中发现cos4j型的四度对称各向异性磁电阻以来，四度对称项已经被确认广泛存在于单晶铁、钴、氧化铁、锰氧化物和稀磁半导体等铁磁材料中，但对其微观机制依然知之甚少。
北京师范大学物理学系袁喆教授课题组与同济大学物理科学与工程学院周仕明教授团队通过深度合作，系统研究了L10相铁铂有序合金的各向异性磁电阻，并通过改变合金有序度和测量温度等条件分离出二度对称性和四度对称性的变化趋势。这项研究结合实验测量与理论计算，首次揭示了四度对称各向异性磁电阻来源于电子弛豫时间的各向异性。同时，实验发现四度项与电流所在晶向无关，成为该机制的决定性判据。进一步，第一性原理计算复现了铁铂有序合金中的四度对称项随无序度的非单调变化和随自旋轨道耦合强度的单调变化。磁矩方向调制费米面态密度是铁磁金属中普遍存在的现象，因此本文提出的机制对于单晶铁磁金属具有普适性。电子弛豫时间的各向异性也会引起包括磁性阻尼在内的其它重要物理参数出现各向异性行为，在自旋电子学研究领域有重要意义。
图1. (a)单晶铁铂有序合金的各向异性磁电阻测量示意图。(b)理论计算费米能附近态密度随磁矩方向的变化。当电流沿[110] (c)和沿[100] (d)，实验测量的电阻率随磁矩方向的依赖关系。
图2. (a) 实验测量四度对称各向异性磁电阻。(b) 理论计算四度对称项随电阻率的变化。插图表示有限温度费米面态密度的各向异性。
相关成果以Fourfold anisotropic magnetoresistance of L10FePt due to relaxation time anisotropy为题发表在《物理评论快报》[Phys. Rev. Lett. 128, 247202 (2022)]。同济大学物理科学与工程学院博士生代宇和北京师范大学物理学系博士生赵亚文为论文的共同第一作者，周仕明教授和袁喆教授为论文的共同通讯作者，论文的主要合作者还包括同济大学丘学鹏教授、马丽博士、唐猛博士和北京师范大学刘翌研究员。研究工作得到了国家自然科学基金、科技部重点研发计划等经费的支持。
论文链接: https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.128.247202