We perform hysteresis-loop measurement and domain imaging for (11¯00)-oriented D019-Mn3+xSn1-x (0.11x0.14) thin films using the magneto-optical Kerr effect (MOKE) and compare it with the anomalous Hall effect (AHE) measurement. We obtain a large Kerr rotation angle of 10 mdeg, comparable with bulk single-crystal Mn3Sn. The composition x dependence of AHE and MOKE shows a similar trend, suggesting the same origin, i.e., the non-vanishing Berry curvature in the momentum space. Magnetic domain observation at the saturated state shows that x dependence of AHE and MOKE is explained by the amount of the reversible area that crucially depends on the crystalline structure of the film. Furthermore, in-depth observation of the reversal process reveals that the reversal starts with nucleation of sub-micrometer-scale domains dispersed in the film, followed by domain expansion, where the domain wall preferentially propagates along the [112¯0] direction. Our study provides a basic understanding of the spatial evolution of the reversal of the chiral-spin structure in non-collinear antiferromagnetic thin films.

1.
T.
Jungwirth
,
X.
Marti
,
P.
Wadley
, and
J.
Wunderlich
,
Nat. Nanotechnol.
11
,
231
(
2016
).
2.
V.
Baltz
,
A.
Manchon
,
M.
Tsoi
,
T.
Moriyama
,
T.
Ono
, and
Y.
Tserkovnyak
,
Rev. Mod. Phys.
90
,
015005
(
2018
).
3.
S.
Fukami
,
V. O.
Lorenz
, and
O.
Gomonay
,
J. Appl. Phys.
128
,
070401
(
2020
).
4.
P.
Wadley
,
B.
Howells
,
J.
Železný
,
C.
Andrews
,
V.
Hills
,
R. P.
Campion
,
V.
Novák
,
K.
Olejník
,
F.
Maccherozzi
,
S. S.
Dhesi
,
S. Y.
Martin
,
T.
Wagner
,
J.
Wunderlich
,
F.
Freimuth
,
Y.
Mokrousov
,
J.
Kuneš
,
J. S.
Chauhan
,
M. J.
Grzybowski
,
A. W.
Rushforth
,
K. W.
Edmonds
,
B. L.
Gallagher
, and
T.
Jungwirth
,
Science
351
,
587
(
2016
).
5.
S.
Fukami
,
C.
Zhang
,
S.
DuttaGupta
,
A.
Kurenkov
, and
H.
Ohno
,
Nat. Mater.
15
,
535
(
2016
).
6.
O.
Gomonay
,
T.
Jungwirth
, and
J.
Sinova
,
Phys. Rev. Lett.
117
,
017202
(
2016
).
7.
K.
Olejník
,
V.
Schuler
,
X.
Marti
,
V.
Novák
,
Z.
Kašpar
,
P.
Wadley
,
R. P.
Campion
,
K. W.
Edmonds
,
B. L.
Gallagher
,
J.
Garces
,
M.
Baumgartner
,
P.
Gambardella
, and
T.
Jungwirth
,
Nat. Commun.
8
,
15434
(
2017
).
8.
S. Yu.
Bodnar
,
L.
Šmejkal
,
I.
Turek
,
T.
Jungwirth
,
O.
Gomonay
,
J.
Sinova
,
A. A.
Sapozhnik
,
H.-J.
Elmers
,
M.
Kläui
, and
M.
Jourdan
,
Nat. Commun.
9
,
348
(
2018
).
9.
J.
Železný
,
P.
Wadley
,
K.
Olejník
,
A.
Hoffmann
, and
H.
Ohno
,
Nat. Phys.
14
,
220
(
2018
).
10.
K.
Olejník
,
T.
Seifert
,
Z.
Kašpar
,
V.
Novák
,
P.
Wadley
,
R. P.
Campion
,
M.
Baumgartner
,
P.
Gambardella
,
P.
Němec
,
J.
Wunderlich
,
J.
Sinova
,
P.
Kužel
,
M.
Müller
,
T.
Kampfrath
, and
T.
Jungwirth
,
Sci. Adv.
4
,
eaar3566
(
2018
).
11.
T.
Moriyama
,
K.
Oda
,
T.
Ohkochi
,
M.
Kimata
, and
T.
Ono
,
Sci. Rep.
8
,
14167
(
2018
).
12.
S.
Nakatsuji
,
N.
Kiyohara
, and
T.
Higo
,
Nature
527
,
212
(
2015
).
13.
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
,
e1501870
(
2016
).
14.
M.
Ikhlas
,
T.
Tomita
,
T.
Koretsune
,
M.-T.
Suzuki
,
D.
Nishio-Hamane
,
R.
Arita
,
Y.
Otani
, and
S.
Nakatsuji
,
Nat. Phys.
13
,
1085
(
2017
).
15.
X.
Li
,
L.
Xu
,
L.
Ding
,
J.
Wang
,
M.
Shen
,
X.
Lu
,
Z.
Zhu
, and
K.
Behnia
,
Phys. Rev. Lett.
119
,
056601
(
2017
).
16.
C.
Wuttke
,
F.
Caglieris
,
S.
Sykora
,
F.
Scaravaggi
,
A. U. B.
Wolter
,
K.
Manna
,
V.
Süss
,
C.
Shekhar
,
C.
Felser
,
B.
Büchner
, and
C.
Hess
,
Phys. Rev. B
100
,
085111
(
2019
).
17.
H.
Reichlova
,
T.
Janda
,
J.
Godinho
,
A.
Markou
,
D.
Kriegner
,
R.
Schlitz
,
J.
Zelezny
,
Z.
Soban
,
M.
Bejarano
,
H.
Schultheiss
,
P.
Nemec
,
T.
Jungwirth
,
C.
Felser
,
J.
Wunderlich
, and
S. T. B.
Goennenwein
,
Nat. Commun.
10
,
5459
(
2019
).
18.
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
,
73
(
2018
).
19.
M.
Wu
,
H.
Isshiki
,
T.
Chen
,
T.
Higo
,
S.
Nakatsuji
, and
Y.
Otani
,
Appl. Phys. Lett.
116
,
132408
(
2020
).
20.
H.
Chen
,
Q.
Niu
, and
A. H.
MacDonald
,
Phys. Rev. Lett.
112
,
017205
(
2014
).
21.
J.
Kübler
and
C.
Felser
,
Europhys. Lett.
108
,
67001
(
2014
).
22.
W.
Feng
,
G.-Y.
Guo
,
J.
Zhou
,
Y.
Yao
, and
Q.
Niu
,
Phys. Rev. B
92
,
144426
(
2015
).
23.
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
).
24.
S.
Tomiyoshi
and
Y.
Yamaguchi
,
J. Phys. Soc. Jpn.
51
,
2478
(
1982
).
25.
J. W.
Cable
,
N.
Wakabayashi
, and
P.
Radhakrishna
,
Phys. Rev. B
48
,
6159
(
1993
).
26.
T.
Higo
,
D.
Qu
,
Y.
Li
,
C. L.
Chien
,
Y.
Otani
, and
S.
Nakatsuji
,
Appl. Phys. Lett.
113
,
202402
(
2018
).
27.
T.
Ikeda
,
M.
Tsunoda
,
M.
Oogane
,
S.
Oh
,
T.
Morita
, and
Y.
Ando
,
IEEE Trans. Magn.
55
,
2501704
(
2019
).
28.
H.
Iwaki
,
M.
Kimata
,
T.
Ikebuchi
,
Y.
Kobayashi
,
K.
Oda
,
Y.
Shiota
,
T.
Ono
, and
T.
Moriyama
,
Appl. Phys. Lett.
116
,
022408
(
2020
).
29.
J.
Yoon
,
Y.
Takeuchi
,
R.
Itoh
,
S.
Kanai
,
S.
Fukami
, and
H.
Ohno
,
Appl. Phys. Express
13
,
013001
(
2020
).
30.
J.-Y.
Yoon
,
Y.
Takeuchi
,
S.
DuttaGupta
,
Y.
Yamane
,
S.
Kanai
,
J.
Ieda
,
H.
Ohno
, and
S.
Fukami
,
AIP Adv.
11
,
065318
(
2021
).
31.
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.
Coey
, and
A. H.
MacDonald
,
Nat. Electron.
1
,
172
(
2018
).
32.
H.
Tsai
,
T.
Higo
,
K.
Kondou
,
T.
Nomoto
,
A.
Sakai
,
A.
Kobayashi
,
T.
Nakano
,
K.
Yakushiji
,
R.
Arita
,
S.
Miwa
,
Y.
Otani
, and
S.
Nakatsuji
,
Nature
580
,
608
(
2020
).
33.
Y.
Takeuchi
,
Y.
Yamane
,
J.-Y.
Yoon
,
R.
Itoh
,
B.
Jinnai
,
S.
Kanai
,
J.
Ieda
,
S.
Fukami
, and
H.
Ohno
,
Nat. Mater.
20
,
1364
(
2021
).
34.
S.
Arpaci
,
V.
Lopez-Dominguez
,
J.
Shi
,
L.
Sánchez-Tejerina
,
F.
Garesci
,
C.
Wang
,
X.
Yan
,
V. K.
Sangwan
,
M. A.
Grayson
,
M. C.
Hersam
,
G.
Finocchio
, and
P.
Khalili Amiri
,
Nat. Commun.
12
,
3828
(
2021
).
35.
A. L.
Balk
,
N. H.
Sung
,
S. M.
Thomas
,
P.
Rosa
,
R. D.
McDonald
,
J. D.
Thompson
,
E. D.
Bauer
,
F.
Ronning
, and
S. A.
Crooker
,
Appl. Phys. Lett.
114
,
032401
(
2019
).
36.
S.
Miwa
,
S.
Iihama
,
T.
Nomoto
,
T.
Tomita
,
T.
Higo
,
M.
Ikhlas
,
S.
Sakamoto
,
Y.
Otani
,
S.
Mizukami
,
R.
Arita
, and
S.
Nakatsuji
,
Small Sci.
1
,
2000062
(
2021
).
37.
T. F.
Duan
,
W. J.
Ren
,
W. L.
Liu
,
S. J.
Li
,
W.
Liu
, and
Z. D.
Zhang
,
Appl. Phys. Lett.
107
,
082403
(
2015
).
38.
P.
Park
,
J.
Oh
,
K.
Uhlířová
,
J.
Jackson
,
A.
Deák
,
L.
Szunyogh
,
K. H.
Lee
,
H.
Cho
,
H.-L.
Kim
,
H. C.
Walker
,
D.
Adroja
,
V.
Sechovský
, and
J.-G.
Park
,
npj Quant. Mater.
3
,
63
(
2018
).

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.