The magnetic Weyl semimetallic state in the chiral antiferromagnet Mn3Sn has attracted interest for its potential in memory technology. Despite vanishingly small magnetization, the material exhibits large transverse responses that can be electrically manipulated, similar to ferromagnets. Through deposition on heated Si/SiO2 substrates, we have fabricated polycrystalline Mn3Sn films that have coarse surfaces, the thinner of which have a discontinuous structure comprised of grains with diameters of the order of 100 nm. We confirm that these grains retain the anomalous Hall effect arising in the time reversal symmetry broken chiral antiferromagnetic phase of Mn3Sn at room temperature by serially connecting the grains with an additional conducting layer. These results pave the path for the potential applications of nanoscale Mn3Sn systems, which could be useful in the development of energy efficient memory devices.

1.
T.
Jungwirth
,
X.
Marti
,
P.
Wadley
, and
J.
Wunderlich
,
Nat. Nanotechnol.
11
(
3
),
231
241
(
2016
).
2.
E. V.
Gomonay
and
V. M.
Loktev
,
Low Temp. Phys.
40
(
1
),
17
35
(
2014
).
3.
V.
Baltz
,
A.
Manchon
,
M.
Tsoi
,
T.
Moriyama
,
T.
Ono
, and
Y.
Tserkovnyak
,
Rev. Mod. Phys.
90
(
1
),
015005
(
2018
).
4.
A. H.
MacDonald
and
M.
Tsoi
,
Philos. Trans. R. Soc. A
369
(
1948
),
3098
3114
(
2011
).
5.
L.
Šmejkal
,
Y.
Mokrousov
,
B.
Yan
, and
A. H.
MacDonald
,
Nat. Phys.
14
(
3
),
242
251
(
2018
).
6.
S.
Nakatsuji
and
R.
Arita
,
Annu. Rev. Condens. Matter Phys.
13
(
1
),
119
142
(
2022
).
7.
X.
Marti
,
I.
Fina
,
C.
Frontera
,
J.
Liu
,
P.
Wadley
,
Q.
He
,
R. J.
Paull
,
J. D.
Clarkson
,
J.
Kudrnovský
,
I.
Turek
,
J.
Kuneš
,
D.
Yi
,
J. H.
Chu
,
C. T.
Nelson
,
L.
You
,
E.
Arenholz
,
S.
Salahuddin
,
J.
Fontcuberta
,
T.
Jungwirth
, and
R.
Ramesh
,
Nat. Mater.
13
(
4
),
367
374
(
2014
).
8.
T.
Higo
,
Y.
Li
,
K.
Kondou
,
D.
Qu
,
M.
Ikhlas
,
R.
Uesugi
,
D.
Nishio-Hamane
,
C. L.
Chien
,
Y.
Otani
, and
S.
Nakatsuji
,
Adv. Funct. Mater.
31
(
15
),
2008971
(
2021
).
9.
B. A.
Ivanov
,
J. Exp. Theor. Phys.
131
(
1
),
95
112
(
2020
).
10.
T.
Kampfrath
,
A.
Sell
,
G.
Klatt
,
A.
Pashkin
,
S.
Mährlein
,
T.
Dekorsy
,
M.
Wolf
,
M.
Fiebig
,
A.
Leitenstorfer
, and
R.
Huber
,
Nat. Photonics
5
(
1
),
31
34
(
2011
).
11.
P.
Wadley
,
B.
Howells
,
J.
Zelezny
,
C.
Andrews
,
V.
Hills
,
R. P.
Campion
,
V.
Novak
,
K.
Olejnik
,
F.
Maccherozzi
,
S. S.
Dhesi
,
S. Y.
Martin
,
T.
Wagner
,
J.
Wunderlich
,
F.
Freimuth
,
Y.
Mokrousov
,
J.
Kunes
,
J. S.
Chauhan
,
M. J.
Grzybowski
,
A. W.
Rushforth
,
K. W.
Edmonds
,
B. L.
Gallagher
, and
T.
Jungwirth
,
Science
351
(
6273
),
587
590
(
2016
).
12.
X. Z.
Chen
,
R.
Zarzuela
,
J.
Zhang
,
C.
Song
,
X. F.
Zhou
,
G. Y.
Shi
,
F.
Li
,
H. A.
Zhou
,
W. J.
Jiang
,
F.
Pan
, and
Y.
Tserkovnyak
,
Phys. Rev. Lett.
120
(
20
),
207204
(
2018
).
13.
S. Y.
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
(
1
),
348
(
2018
).
14.
T.
Moriyama
,
K.
Oda
,
T.
Ohkochi
,
M.
Kimata
, and
T.
Ono
,
Sci. Rep.
8
(
1
),
14167
(
2018
).
15.
S.
Nakatsuji
,
N.
Kiyohara
, and
T.
Higo
,
Nature
527
(
7577
),
212
215
(
2015
).
16.
T.
Hajiri
,
S.
Ishino
,
K.
Matsuura
, and
H.
Asano
,
Appl. Phys. Lett.
115
(
5
),
052403
(
2019
).
17.
H.
Chen
,
Q.
Niu
, and
A. H.
MacDonald
,
Phys. Rev. Lett.
112
(
1
),
017205
(
2014
).
18.
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.
Parkin
,
Sci. Adv.
2
(
4
),
e1501870
(
2016
).
19.
N.
Kiyohara
,
T.
Tomita
, and
S.
Nakatsuji
,
Phys. Rev. Appl.
5
(
6
),
064009
(
2016
).
20.
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
).
21.
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
).
22.
H.
Iwaki
,
M.
Kimata
,
T.
Ikebuchi
,
Y.
Kobayashi
,
K.
Oda
,
Y.
Shiota
,
T.
Ono
, and
T.
Moriyama
,
Appl. Phys. Lett.
116
(
2
),
022408
(
2020
).
23.
Y.
You
,
H.
Bai
,
X.
Chen
,
Y.
Zhou
,
X.
Zhou
,
F.
Pan
, and
C.
Song
,
Appl. Phys. Lett.
117
(
22
),
222404
(
2020
).
24.
M.
Ikhlas
,
T.
Tomita
,
T.
Koretsune
,
M.-T.
Suzuki
,
D.
Nishio-Hamane
,
R.
Arita
,
Y.
Otani
, and
S.
Nakatsuji
,
Nat. Phys.
13
(
11
),
1085
1090
(
2017
).
25.
X.
Li
,
L.
Xu
,
L.
Ding
,
J.
Wang
,
M.
Shen
,
X.
Lu
,
Z.
Zhu
, and
K.
Behnia
,
Phys. Rev. Lett.
119
(
5
),
056601
(
2017
).
26.
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
).
27.
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
(
7805
),
608
613
(
2020
).
28.
H.
Tsai
,
T.
Higo
,
K.
Kondou
,
S.
Sakamoto
,
A.
Kobayashi
,
T.
Matsuo
,
S.
Miwa
,
Y.
Otani
, and
S.
Nakatsuji
,
Small Sci.
1
(
5
),
2000025
(
2021
).
29.
I. M.
Miron
,
K.
Garello
,
G.
Gaudin
,
P. J.
Zermatten
,
M. V.
Costache
,
S.
Auffret
,
S.
Bandiera
,
B.
Rodmacq
,
A.
Schuhl
, and
P.
Gambardella
,
Nature
476
(
7359
),
189
193
(
2011
).
30.
L.
Liu
,
C. F.
Pai
,
Y.
Li
,
H. W.
Tseng
,
D. C.
Ralph
, and
R. A.
Buhrman
,
Science
336
(
6081
),
555
558
(
2012
).
31.
L.
Šmejkal
,
R.
González-Hernández
,
T.
Jungwirth
, and
J.
Sinova
,
Sci. Adv.
6
(
23
),
eaaz8809
(
2020
).
32.
H.
Yang
,
Y.
Sun
,
Y.
Zhang
,
W.-J.
Shi
,
S. S. P.
Parkin
, and
B.
Yan
,
New J. Phys.
19
(
1
),
015008
(
2017
).
33.
S.
Tomiyoshi
and
Y.
Yamaguchi
,
J. Phys. Soc. Jpn.
51
(
8
),
2478
2486
(
1982
).
34.
P. J.
Brown
,
V.
Nunez
,
F.
Tasset
,
J. B.
Forsyth
, and
P.
Radhakrishna
,
J. Phys.
2
(
47
),
9409
9422
(
1990
).
35.
M. T.
Suzuki
,
T.
Koretsune
,
M.
Ochi
, and
R.
Arita
,
Phys. Rev. B
95
(
9
),
094406
(
2017
).
36.
T.
Higo
,
D.
Qu
,
Y.
Li
,
C. L.
Chien
,
Y.
Otani
, and
S.
Nakatsuji
,
Appl. Phys. Lett.
113
(
20
),
202402
(
2018
).
37.
L.
Šmejkal
,
A. H.
MacDonald
,
J.
Sinova
,
S.
Nakatsuji
, and
T.
Jungwirth
,
Nat. Rev. Mater.
7
,
482
496
(
2022
).
38.
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
(
11
),
1090
1095
(
2017
).
39.
M.
Kimata
,
H.
Chen
,
K.
Kondou
,
S.
Sugimoto
,
P. K.
Muduli
,
M.
Ikhlas
,
Y.
Omori
,
T.
Tomita
,
A. H.
MacDonald
,
S.
Nakatsuji
, and
Y.
Otani
,
Nature
565
(
7741
),
627
630
(
2019
).
40.
P. K.
Muduli
,
T.
Higo
,
T.
Nishikawa
,
D.
Qu
,
H.
Isshiki
,
K.
Kondou
,
D.
Nishio-Hamane
,
S.
Nakatsuji
, and
Y.
Otani
,
Phys. Rev. B
99
(
18
),
184425
(
2019
).
41.
K.
Kondou
,
H.
Chen
,
T.
Tomita
,
M.
Ikhlas
,
T.
Higo
,
A. H.
MacDonald
,
S.
Nakatsuji
, and
Y.
Otani
,
Nat. Commun.
12
(
1
),
6491
(
2021
).
42.
B.
Cheng
,
Y.
Wang
,
D.
Barbalas
,
T.
Higo
,
S.
Nakatsuji
, and
N. P.
Armitage
,
Appl. Phys. Lett.
115
(
1
),
012405
(
2019
).
43.
T.
Matsuda
,
N.
Kanda
,
T.
Higo
,
N. P.
Armitage
,
S.
Nakatsuji
, and
R.
Matsunaga
,
Nat. Commun.
11
(
1
),
909
(
2020
).
44.
Y.
Takeuchi
,
Y.
Yamane
,
J.-Y.
Yoon
,
R.
Itoh
,
B.
Jinnai
,
S.
Kanai
,
J. I.
Ieda
,
S.
Fukami
, and
H.
Ohno
,
Nat. Mater.
20
(
10
),
1364
1370
(
2021
).
45.
M.
Mizuguchi
and
S.
Nakatsuji
,
Sci. Technol. Adv. Mater.
20
(
1
),
262
275
(
2019
).
46.
H.
Bai
,
W.
Zhu
,
Y.
You
,
X.
Chen
,
X.
Zhou
,
F.
Pan
, and
C.
Song
,
Appl. Phys. Lett.
117
(
5
),
052404
(
2020
).
47.
H.
Narita
,
T.
Higo
,
M.
Ikhlas
,
S.
Nakatsuji
, and
Y.
Otani
,
Appl. Phys. Lett.
116
(
7
),
072404
(
2020
).
48.
T.
Nakano
,
T.
Higo
,
A.
Kobayashi
,
S.
Miwa
,
S.
Nakatsuji
, and
K.
Yakushiji
,
Phys. Rev. Mater.
5
(
5
),
054402
(
2021
).
49.
T.
Ikeda
,
M.
Tsunoda
,
M.
Oogane
,
S.
Oh
,
T.
Morita
, and
Y.
Ando
,
AIP Adv.
10
(
1
),
015310
(
2020
).
50.
T.
Ikeda
,
M.
Tsunoda
,
M.
Oogane
,
S.
Oh
,
T.
Morita
, and
Y.
Ando
,
IEEE Trans. Magn.
55
(
7
),
1
4
(
2019
).
51.
T.
Ikeda
,
M.
Tsunoda
,
M.
Oogane
,
S.
Oh
,
T.
Morita
, and
Y.
Ando
,
Appl. Phys. Lett.
113
(
22
),
222405
(
2018
).
52.
Y.
Deng
,
R.
Li
, and
X.
Liu
,
J. Alloys Compd.
874
,
159910
(
2021
).
53.
R. A.
Serway
and
J. W.
Jewett
,
Principles of Physics: A Calculus-Based Text
, 4th ed. (
Brooks/Cole, Cengage Learning
,
Belmont, CA
,
2006
).
54.
J. W.
Cable
,
N.
Wakabayashi
, and
P.
Radhakrishna
,
Solid State Commun.
88
(
2
),
161
166
(
1993
).
55.
N. H.
Sung
,
F.
Ronning
,
J. D.
Thompson
, and
E. D.
Bauer
,
Appl. Phys. Lett.
112
(
13
),
132406
(
2018
).
56.
S.
Bhatti
,
R.
Sbiaa
,
A.
Hirohata
,
H.
Ohno
,
S.
Fukami
, and
S. N.
Piramanayagam
,
Mater. Today
20
(
9
),
530
548
(
2017
).
57.
D.
Weller
and
A.
Moser
,
IEEE Trans. Magn.
35
(
6
),
4423
4439
(
1999
).
58.
Z.
Li
and
S.
Zhang
,
Phys. Rev. B
69
(
13
),
134416
(
2004
).
59.
H.
Tomita
,
S.
Miwa
,
T.
Nozaki
,
S.
Yamashita
,
T.
Nagase
,
K.
Nishiyama
,
E.
Kitagawa
,
M.
Yoshikawa
,
T.
Daibou
,
M.
Nagamine
,
T.
Kishi
,
S.
Ikegawa
,
N.
Shimomura
,
H.
Yoda
, and
Y.
Suzuki
,
Appl. Phys. Lett.
102
(
4
),
042409
(
2013
).
60.
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
(
5
),
2000062
(
2021
).
61.
T. F.
Duan
,
W. J.
Ren
,
W. L.
Liu
,
S. J.
Li
,
W.
Liu
, and
Z. D.
Zhang
,
Appl. Phys. Lett.
107
(
8
),
082403
(
2015
).
62.
K.
Momma
and
F.
Izumi
,
J. Appl. Crystallogr.
44
(
6
),
1272
1276
(
2011
).

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.