Noncollinear antiferromagnets, with either an L12 cubic crystal lattice (e.g., Mn3Ir and Mn3Pt) or a D019 hexagonal structure (e.g., Mn3Sn and Mn3Ge), exhibit a number of phenomena of interest to topological spintronics. Among the cubic systems, for example, tetragonally distorted Mn3Pt exhibits an intrinsic anomalous Hall effect (AHE). However, Mn3Pt only enters a noncollinear magnetic phase close to the stoichiometric composition and at suitably large thicknesses. Therefore, we turn our attention to Mn3Ir, the material of choice for use in exchange bias heterostructures. In this letter, we investigate the magnetic and electrical transport properties of epitaxially grown, face-centered-cubic γ-Mn3Ir thin films with (111) crystal orientation. Relaxed films of 10 nm thickness exhibit an ordinary Hall effect, with a hole-type carrier concentration of (1.500 ± 0.002) × 1023 cm−3. On the other hand, TEM characterization demonstrates that ultrathin 3 nm films grow with significant in-plane tensile strain. This may explain a small net magnetic moment, observed at low temperatures, shown by X-ray magnetic circular dichroism spectroscopy to arise from uncompensated Mn spins. Being of the order of 0.02 μB/atom, this dominates electrical transport behavior, leading to a small AHE and negative magnetoresistance. These results are discussed in terms of crystal microstructure and chiral domain behavior, with spatially resolved XML(C)D-PEEM supporting the conclusion that small antiferromagnetic domains, <20 nm in size, with differing chirality account for the absence of observed Berry curvature driven magnetotransport effects.

1.
V.
Baltz
,
A.
Manchon
,
M.
Tsoi
,
T.
Moriyama
,
T.
Ono
, and
Y.
Tserkovnyak
,
Rev. Mod. Phys.
90
(
1
),
015005
(
2018
).
2.
A. J.
Sievers
and
M.
Tinkham
,
Phys. Rev.
129
(
4
),
1566
1571
(
1963
).
3.
S. S. P.
Parkin
,
N.
More
, and
K. P.
Roche
,
Phys. Rev. Lett.
64
(
19
),
2304
2307
(
1990
).
4.
S. S. P.
Parkin
,
J.
Xin
,
C.
Kaiser
,
A.
Panchula
,
K.
Roche
, and
M.
Samant
,
Proc. IEEE
91
(
5
),
661
680
(
2003
).
5.
S. S. P.
Parkin
,
K. P.
Roche
,
M. G.
Samant
,
P. M.
Rice
,
R. B.
Beyers
,
R. E.
Scheuerlein
,
E. J.
O'Sullivan
,
S. L.
Brown
,
J.
Bucchigano
,
D. W.
Abraham
,
Y.
Lu
,
M.
Rooks
,
P. L.
Trouilloud
,
R. A.
Wanner
, and
W. J.
Gallagher
,
J. Appl. Phys.
85
(
8
),
5828
5833
(
1999
).
6.
S. H.
Yang
,
K. S.
Ryu
, and
S. S. P.
Parkin
,
Nat. Nanotechnol.
10
(
3
),
221
226
(
2015
).
7.
K. S.
Ryu
,
L.
Thomas
,
S. H.
Yang
, and
S. S. P.
Parkin
,
Nat. Nanotechnol.
8
(
7
),
527
533
(
2013
).
8.
L.
Šmejkal
,
Y.
Mokrousov
,
B.
Yan
, and
A. H.
MacDonald
,
Nat. Phys.
14
(
3
),
242
251
(
2018
).
9.
H.
Chen
,
Q.
Niu
, and
A. H.
MacDonald
,
Phys. Rev. Lett.
112
(
1
),
017205
(
2014
).
10.
J.
Kübler
and
C.
Felser
,
Europhys. Lett.
108
(
6
),
67001
(
2014
).
11.
W.
Zhang
,
W.
Han
,
S. H.
Yang
,
Y.
Sun
,
Y.
Zhang
,
B.
Yan
, and
S. S. P.
Parkin
,
Sci. Adv.
2
(
9
),
e1600759
(
2016
).
12.
Y.
Zhang
,
Y.
Sun
,
H.
Yang
,
J.
Železný
,
S. S. P.
Parkin
,
C.
Felser
, and
B.
Yan
,
Phys. Rev. B
95
(
7
),
075128
(
2017
).
13.
S.
Nakatsuji
,
N.
Kiyohara
, and
T.
Higo
,
Nature
527
(
7577
),
212
215
(
2015
).
14.
A. K.
Nayak
,
J. E.
Fischer
,
Y.
Sun
,
B.
Yan
,
J.
Karel
,
A. C.
Komarek
,
C.
Shekhar
,
N.
Kumar
,
W.
Schnelle
,
J.
Kübler
,
C.
Felser
, and
S. S. P.
Parkin
,
Sci. Adv.
2
(
4
),
e1501870
(
2016
).
15.
A.
Markou
,
J. M.
Taylor
,
A.
Kalache
,
P.
Werner
,
S. S. P.
Parkin
, and
C.
Felser
,
Phys. Rev. Mater.
2
(
5
),
051001(R)
(
2018
).
16.
T.
Higo
,
H.
Man
,
D. B.
Gopman
,
L.
Wu
,
T.
Koretsune
,
O. M. J.
van 't Erve
,
Y. P.
Kabanov
,
D.
Rees
,
Y.
Li
,
M. T.
Suzuki
,
S.
Patankar
,
M.
Ikhlas
,
C. L.
Chien
,
R.
Arita
,
R. D.
Shull
,
J.
Orenstein
, and
S.
Nakatsuji
,
Nat. Photonics
12
(
2
),
73
78
(
2018
).
17.
L.
Szunyogh
,
B.
Lazarovits
,
L.
Udvardi
,
J.
Jackson
, and
U.
Nowak
,
Phys. Rev. B
79
(
2
),
020403
(
2009
).
18.
Z. Q.
Liu
,
H.
Chen
,
J. M.
Wang
,
J. H.
Liu
,
K.
Wang
,
Z. X.
Feng
,
H.
Yan
,
X. R.
Wang
,
C. B.
Jiang
,
J. M. D.
Coey
, and
A. H.
MacDonald
,
Nat. Electron.
1
(
3
),
172
177
(
2018
).
19.
A.
Kohn
,
A.
Kovács
,
R.
Fan
,
G. J.
McIntyre
,
R. C. C.
Ward
, and
J. P.
Goff
,
Sci. Rep.
3
,
2412
(
2013
).
20.
K.
Sasao
,
R. Y.
Umetsu
,
K.
Fukamichi
, and
A.
Sakuma
,
J. Alloys Compd.
352
(
1
),
21
25
(
2003
).
21.
H.
Ohldag
,
A.
Scholl
,
F.
Nolting
,
E.
Arenholz
,
S.
Maat
,
A. T.
Young
,
M.
Carey
, and
J.
Stöhr
,
Phys. Rev. Lett.
91
(
1
),
017203
(
2003
).
22.
T.
Eimüller
,
T.
Kato
,
T.
Mizuno
,
S.
Tsunashima
,
C.
Quitmann
,
T.
Ramsvik
,
S.
Iwata
, and
G.
Schütz
,
Appl. Phys. Lett.
85
(
12
),
2310
2312
(
2004
).
23.
H.
Reichlová
,
D.
Kriegner
,
V.
Holý
,
K.
Olejník
,
V.
Novák
,
M.
Yamada
,
K.
Miura
,
S.
Ogawa
,
H.
Takahashi
,
T.
Jungwirth
, and
J.
Wunderlich
,
Phys. Rev. B
92
(
16
),
165424
(
2015
).
24.
L.
Frangou
,
S.
Oyarzún
,
S.
Auffret
,
L.
Vila
,
S.
Gambarelli
, and
V.
Baltz
,
Phys. Rev. Lett.
116
(
7
),
077203
(
2016
).
25.
R.
Galceran
,
I.
Fina
,
J.
Cisneros-Fernández
,
B.
Bozzo
,
C.
Frontera
,
L.
López-Mir
,
H.
Deniz
,
K. W.
Park
,
B. G.
Park
,
L.
Balcells
,
X.
Martí
,
T.
Jungwirth
, and
B.
Martínez
,
Sci. Rep.
6
,
35471
(
2016
).
26.
B. G.
Park
,
J.
Wunderlich
,
X.
Martí
,
V.
Holý
,
Y.
Kurosaki
,
M.
Yamada
,
H.
Yamamoto
,
A.
Nishide
,
J.
Hayakawa
,
H.
Takahashi
,
A. B.
Shick
, and
T.
Jungwirth
,
Nat. Mater.
10
(
5
),
347
351
(
2011
).
27.
T.
Kosub
,
M.
Kopte
,
F.
Radu
,
O. G.
Schmidt
, and
D.
Makarov
,
Phys. Rev. Lett.
115
(
9
),
097201
(
2015
).
28.
A. A.
Jara
,
I.
Barsukov
,
B.
Youngblood
,
Y.
Chen
,
J.
Read
,
H.
Chen
,
P.
Braganca
, and
I. N.
Krivorotov
,
IEEE Magn. Lett.
7
,
1
5
(
2016
).
29.
J. M.
Taylor
,
E.
Lesne
,
A.
Markou
,
F. K.
Dejene
,
B.
Ernst
,
A.
Kalache
,
K. G.
Rana
,
N.
Kumar
,
P.
Werner
,
C.
Felser
, and
S. S. P.
Parkin
,
Phys. Rev. Mater.
3
(
7
),
074409
(
2019
).
30.
A.
Köhler
,
I.
Knez
,
D.
Ebke
,
C.
Felser
, and
S. S. P.
Parkin
,
Appl. Phys. Lett.
103
(
16
),
162406
(
2013
).
31.
J. T.
Holguín-Momaca
,
C. J.
Muñoz-Carnero
,
H.
Sharma
,
C. R.
Santillán-Rodríguez
,
J. A.
Matutes-Aquino
,
C. V.
Tomy
, and
S. F.
Olive-Méndez
,
J. Magn. Magn. Mater.
471
,
329
333
(
2019
).
32.
A. S.
Sukhanov
,
S.
Singh
,
L.
Caron
,
T.
Hansen
,
A.
Hoser
,
V.
Kumar
,
H.
Borrmann
,
A.
Fitch
,
P.
Devi
,
K.
Manna
,
C.
Felser
, and
D. S.
Inosov
,
Phys. Rev. B
97
(
21
),
214402
(
2018
).
33.
R. M.
Gutiérrez-Pérez
,
J. T.
Holguín-Momaca
,
J. T.
Elizalde-Galindo
,
F.
Espinosa-Magaña
, and
S. F.
Olive-Méndez
,
J. Appl. Phys.
117
(
12
),
123902
(
2015
).
34.
T.
Noll
and
F.
Radu
, in
Proceedings of MEDSI2016
, Barcelona, Spain, September 2016, edited by
V. R. W.
Schaa
(
JACoW
,
Geneva, Switzerland
,
2017
), pp.
370
373
.
35.
C. T.
Chen
,
Y. U.
Idzerda
,
H.
Lin
,
N. V.
Smith
,
G.
Meigs
,
E.
Chaban
,
G. H.
Ho
,
E.
Pellegrin
, and
F.
Sette
,
Phys. Rev. Lett.
75
(
1
),
152
155
(
1995
).
36.
F.
Hellman
,
A.
Hoffmann
,
Y.
Tserkovnyak
,
G. S. D.
Beach
,
E. E.
Fullerton
,
C.
Leighton
,
A. H.
MacDonald
,
D. C.
Ralph
,
D. A.
Arena
,
H. A.
Dürr
,
P.
Fischer
,
J.
Grollier
,
J. P.
Heremans
,
T.
Jungwirth
,
A. V.
Kimel
,
B.
Koopmans
,
I. N.
Krivorotov
,
S. J.
May
,
A. K.
Petford-Long
,
J. M.
Rondinelli
,
N.
Samarth
,
I. K.
Schuller
,
A. N.
Slavin
,
M. D.
Stiles
,
O.
Tchernyshyov
,
A.
Thiaville
, and
B. L.
Zink
,
Rev. Mod. Phys.
89
(
2
),
025006
(
2017
).
37.
N.
Yamada
,
J. Phys. Soc. Jpn.
59
,
273
(
1990
).
38.
D.
Petti
,
E.
Albisetti
,
H.
Reichlová
,
J.
Gazquez
,
M.
Varela
,
M.
Molina-Ruiz
,
A. F.
Lopeandía
,
K.
Olejník
,
V.
Novák
,
I.
Fina
,
B.
Dkhil
,
J.
Hayakawa
,
X.
Martí
,
J.
Wunderlich
,
T.
Jungwirth
, and
R.
Bertacco
,
Appl. Phys. Lett.
102
(
19
),
192404
(
2013
).
39.
P.
Wadley
,
S.
Reimers
,
M. J.
Grzybowski
,
C.
Andrews
,
M.
Wang
,
J. S.
Chauhan
,
B. L.
Gallagher
,
R. P.
Campion
,
K. W.
Edmonds
,
S. S.
Dhesi
,
F.
Maccherozzi
,
V.
Novak
,
J.
Wunderlich
, and
T.
Jungwirth
,
Nat. Nanotechnol.
13
(
5
),
362
365
(
2018
).
40.
A. A.
Sapozhnik
,
M.
Filianina
,
S. Y.
Bodnar
,
A.
Lamirand
,
M. A.
Mawass
,
Y.
Skourski
,
H. J.
Elmers
,
H.
Zabel
,
M.
Kläui
, and
M.
Jourdan
,
Phys. Rev. B
97
(
13
),
134429
(
2018
).
41.
Y.
Wang
,
C.
Song
,
G.
Wang
,
J.
Miao
,
F.
Zeng
, and
F.
Pan
,
Adv. Funct. Mater.
24
(
43
),
6806
6810
(
2014
).

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.