We report on the observation of a large topological Hall effect (THE) over a wide temperature region in a geometrically frustrated Fe3Sn2 magnet with a kagome-bilayer structure. We found that the magnitude of the THE resistivity increases with temperature and reaches −0.875 μΩ cm at 380 K. Moreover, the critical magnetic fields with the change of THE are consistent with the magnetic structure transformation, which indicates that the real-space fictitious magnetic field is proportional to the formation of magnetic skyrmions in Fe3Sn2. The results strongly suggest that the large THE originates from the topological magnetic spin textures and may open up further research opportunities in exploring emergent phenomena in kagome materials.
References
1.
U. K.
Rossler
, A. N.
Bogdanov
, and C.
Pfleiderer
, Nature
442
(7104
), 797
(2006
).2.
S. S.
Parkin
, M.
Hayashi
, and L.
Thomas
, Science
320
(5873
), 190
(2008
).3.
H.
Liu
, C.
Zhang
, H.
Malissa
, M.
Groesbeck
, M.
Kavand
, R.
McLaughlin
, S.
Jamali
, J.
Hao
, D.
Sun
, R. A.
Davidson
, L.
Wojcik
, J. S.
Miller
, C.
Boehme
, and Z. V.
Vardeny
, Nat. Mater.
17
(4
), 308
(2018
).4.
S.
Mühlbauer
, B.
Binz
, F.
Jonietz
, C.
Pfleiderer
, A.
Rosch
, A.
Neubauer
, R.
Georgii
, and P.
Böni
, Science
323
(5916
), 915
(2009
).5.
X. Z.
Yu
, Y.
Onose
, N.
Kanazawa
, J. H.
Park
, J. H.
Han
, Y.
Matsui
, N.
Nagaosa
, and Y.
Tokura
, Nature
465
(7300
), 901
(2010
).6.
X. Z.
Yu
, N.
Kanazawa
, Y.
Onose
, K.
Kimoto
, W. Z.
Zhang
, S.
Ishiwata
, Y.
Matsui
, and Y.
Tokura
, Nat. Mater.
10
(2
), 106
(2011
).7.
S.
Seki
, X. Z.
Yu
, S.
Ishiwata
, and Y.
Tokura
, Science
336
(6078
), 198
(2012
).8.
M.
Nagao
, Y. G.
So
, H.
Yoshida
, M.
Isobe
, T.
Hara
, K.
Ishizuka
, and K.
Kimoto
, Nat. Nanotechnol.
8
(5
), 325
(2013
).9.
X. Z.
Yu
, Y.
Tokunaga
, Y.
Kaneko
, W. Z.
Zhang
, K.
Kimoto
, Y.
Matsui
, Y.
Taguchi
, and Y.
Tokura
, Nat. Commun.
5
, 3198
(2014
).10.
W.
Wang
, Y.
Zhang
, G.
Xu
, L.
Peng
, B.
Ding
, Y.
Wang
, Z.
Hou
, X.
Zhang
, X.
Li
, E.
Liu
, S.
Wang
, J.
Cai
, F.
Wang
, J.
Li
, F.
Hu
, G.
Wu
, B.
Shen
, and X. X.
Zhang
, Adv. Mater.
28
(32
), 6887
(2016
).11.
Z.
Hou
, W.
Ren
, B.
Ding
, G.
Xu
, Y.
Wang
, B.
Yang
, Q.
Zhang
, Y.
Zhang
, E.
Liu
, F.
Xu
, W.
Wang
, G.
Wu
, X.
Zhang
, B.
Shen
, and Z.
Zhang
, Adv. Mater.
29
(29
), 1701144
(2017
).12.
S.
Heinze
, K.
von Bergmann
, M.
Menzel
, J.
Brede
, A.
Kubetzka
, R.
Wiesendanger
, G.
Bihlmayer
, and S.
Blügel
, Nat. Phys.
7
(9
), 713
(2011
).13.
B.
Dupe
, M.
Hoffmann
, C.
Paillard
, and S.
Heinze
, Nat. Commun.
5
, 4030
(2014
).14.
J.
Li
, A.
Tan
, K. W.
Moon
, A.
Doran
, M. A.
Marcus
, A. T.
Young
, E.
Arenholz
, S.
Ma
, R. F.
Yang
, C.
Hwang
, and Z. Q.
Qiu
, Nat. Commun.
5
, 4704
(2014
).15.
A. K.
Nayak
, V.
Kumar
, T.
Ma
, P.
Werner
, E.
Pippel
, R.
Sahoo
, F.
Damay
, U. K.
Rossler
, C.
Felser
, and S. S. P.
Parkin
, Nature
548
(7669
), 561
(2017
).16.
P.
Bruno
, V. K.
Dugaev
, and M.
Taillefumier
, Phys. Rev. Lett.
93
(9
), 096806
(2004
).17.
K.
Ueda
, S.
Iguchi
, T.
Suzuki
, S.
Ishiwata
, Y.
Taguchi
, and Y.
Tokura
, Phys. Rev. Lett.
108
(15
), 156601
(2012
).18.
B. G.
Ueland
, C. F.
Miclea
, Y.
Kato
, O.
Ayala-Valenzuela
, R. D.
McDonald
, R.
Okazaki
, P. H.
Tobash
, M. A.
Torrez
, F.
Ronning
, R.
Movshovich
, Z.
Fisk
, E. D.
Bauer
, I.
Martin
, and J. D.
Thompson
, Nat. Commun.
3
, 1067
(2012
).19.
N.
Nagaosa
, J.
Sinova
, S.
Onoda
, A. H.
MacDonald
, and N. P.
Ong
, Rev. Mod. Phys.
82
(2
), 1539
(2010
).20.
A.
Neubauer
, C.
Pfleiderer
, B.
Binz
, A.
Rosch
, R.
Ritz
, P. G.
Niklowitz
, and P.
Boni
, Phys. Rev. Lett.
102
(18
), 186602
(2009
).21.
N.
Kanazawa
, Y.
Onose
, T.
Arima
, D.
Okuyama
, K.
Ohoyama
, S.
Wakimoto
, K.
Kakurai
, S.
Ishiwata
, and Y.
Tokura
, Phys. Rev. Lett.
106
(15
), 156603
(2011
).22.
T.
Yokouchi
, N.
Kanazawa
, A.
Tsukazaki
, Y.
Kozuka
, M.
Kawasaki
, M.
Ichikawa
, F.
Kagawa
, and Y.
Tokura
, Phys. Rev. B
89
(6
), 064416
(2014
).23.
I.
Syôzi
, Prog. Theor. Phys.
6
(3
), 306
(1951
).24.
S.
Yan
, D. A.
Huse
, and S. R.
White
, Science
332
(6034
), 1173
(2011
).25.
Z.
Liu
, E. J.
Bergholtz
, H.
Fan
, and A. M.
Lauchli
, Phys. Rev. Lett.
109
(18
), 186805
(2012
).26.
Mazin
II, H. O.
Jeschke
, F.
Lechermann
, H.
Lee
, M.
Fink
, R.
Thomale
, and R.
Valenti
, Nat. Commun.
5
, 4261
(2014
).27.
K.
Kuroda
, T.
Tomita
, M. T.
Suzuki
, C.
Bareille
, A. A.
Nugroho
, P.
Goswami
, M.
Ochi
, M.
Ikhlas
, M.
Nakayama
, S.
Akebi
, R.
Noguchi
, R.
Ishii
, N.
Inami
, K.
Ono
, H.
Kumigashira
, A.
Varykhalov
, T.
Muro
, T.
Koretsune
, R.
Arita
, S.
Shin
, T.
Kondo
, and S.
Nakatsuji
, Nat. Mater.
16
, 1090
(2017
).28.
Q.
Wang
, S.
Sun
, X.
Zhang
, F.
Pang
, and H.
Lei
, Phys. Rev. B
94
(7
), 075135
(2016
).29.
L.
Ye
, M.
Kang
, J.
Liu
, F.
von Cube
, C. R.
Wicker
, T.
Suzuki
, C.
Jozwiak
, A.
Bostwick
, E.
Rotenberg
, D. C.
Bell
, L.
Fu
, R.
Comin
, and J. G.
Checkelsky
, Nature
555
(7698
), 638
(2018
).30.
Z.
Hou
, Q.
Zhang
, G.
Xu
, C.
Gong
, B.
Ding
, Y.
Wang
, H.
Li
, E.
Liu
, F.
Xu
, H.
Zhang
, Y.
Yao
, G.
Wu
, X. X.
Zhang
, and W.
Wang
, Nano Lett.
18
(2
), 1274
(2018
).31.
J. X.
Yin
, S. S.
Zhang
, H.
Li
, K.
Jiang
, G.
Chang
, B.
Zhang
, B.
Lian
, C.
Xiang
, I.
Belopolski
, H.
Zheng
, T. A.
Cochran
, S. Y.
Xu
, G.
Bian
, K.
Liu
, T. R.
Chang
, H.
Lin
, Z. Y.
Lu
, Z.
Wang
, S.
Jia
, W.
Wang
, and M. Z.
Hasan
, Nature
562
(7725
), 91
(2018
).32.
B.
Malaman
, D.
Fruchart
, and G.
Le Caer
, J. Phys. F: Met. Phys.
8
(11
), 2389
(1978
).33.
G.
Le Caer
, B.
Malaman
, L.
Haggstrom
, and T.
Ericsson
, J. Phys. F: Met. Phys.
9
(9
), 1905
(1979
).34.
L. A.
Fenner
, A. A.
Dee
, and A. S.
Wills
, J. Phys. Condens. Matter
21
(45
), 452202
(2009
).35.
B.
Ding
, Y.
Li
, G.
Xu
, Y.
Wang
, Z.
Hou
, E.
Liu
, Z.
Liu
, G.
Wu
, and W.
Wang
, Appl. Phys. Lett.
110
(9
), 092404
(2017
).36.
Y.
Li
, N.
Kanazawa
, X. Z.
Yu
, A.
Tsukazaki
, M.
Kawasaki
, M.
Ichikawa
, X. F.
Jin
, F.
Kagawa
, and Y.
Tokura
, Phys. Rev. Lett.
110
(11
), 117202
(2013
).37.
S. X.
Huang
and C. L.
Chien
, Phys. Rev. Lett.
108
(26
), 267201
(2012
).38.
K. G.
Rana
, O.
Meshcheriakova
, J.
Kübler
, B.
Ernst
, J.
Karel
, R.
Hillebrand
, E.
Pippel
, P.
Werner
, A. K.
Nayak
, C.
Felser
, and S. S. P.
Parkin
, New J. Phys.
18
(8
), 085007
(2016
).39.
Z. H.
Liu
, Y. J.
Zhang
, G. D.
Liu
, B.
Ding
, E. K.
Liu
, H. M.
Jafri
, Z. P.
Hou
, W. H.
Wang
, X. Q.
Ma
, and G. H.
Wu
, Sci. Rep.
7
(1
), 515
(2017
).40.
C.
Surgers
, G.
Fischer
, P.
Winkel
, and H. V.
Lohneysen
, Nat. Commun.
5
, 3400
(2014
).41.
Y. Q.
Li
, B.
Ding
, X. T.
Wang
, H. W.
Zhang
, W. H.
Wang
, and Z. Y.
Liu
, Appl. Phys. Lett.
113
(6
), 062406
(2018
).© 2019 Author(s).
2019
Author(s)
You do not currently have access to this content.