We have systematically studied magnetotransport properties in van der Waals (vdW) magnetic materials, (Fe1−xCox)5GeTe2, where the magnetic phase changes from the ferromagnetic with the perpendicular magnetic anisotropy (PMA; x = 0 , 0.05) or with the in-plane magnetic anisotropy (IMA; x = 0.19) to the antiferromagnetic (x = 0.46) with the PMA. We have demonstrated that such magnetic properties seen in bulk still remain even in thin film devices. An anomalous Hall resistance with magnetic hysteresis was clearly observed in the low Co substitution ( x = 0 , 0.05). The anomalous Hall effect was still observable for x = 0.19, but the magnetic hysteresis vanishes because of the IMA. In the antiferromagnetic region, there was no anomalous Hall effect in the low magnetic field range, but a clear hysteresis was observed at 2.5 T where the spin–flop transition takes place. This hysteresis can be seen only below 30 K and monotonically decreases with increasing temperature. We argue that the defects at a specific site in this system and also the resistance upturn below 30 K could be related to the hysteric behavior at the spin–flop transition. Our findings provide a recipe for the use of (Fe1−xCox)5GeTe2 with different Co substitutions to construct vdW magnetic devices.

1.
K. S.
Novoselov
,
A. K.
Geim
,
S. V.
Morozov
,
D.
Jiang
,
Y.
Zhang
,
S. V.
Dubonos
,
I. V.
Grigorieva
, and
A. A.
Firsov
,
Science
306
,
666
669
(
2004
).
2.
A. K.
Geim
and
K. S.
Novoselov
,
Nat. Mater.
6
,
183
191
(
2007
).
3.
X.
Xi
,
Z.
Wang
,
W.
Zhao
,
J. H.
Park
,
K. T.
Law
,
H.
Berger
,
L.
Forró
,
J.
Shan
, and
K. F.
Mak
,
Nat. Phys.
12
,
139
143
(
2016
).
4.
J. T.
Ye
,
Y. J.
Zhang
,
R.
Akashi
,
M. S.
Bahramy
,
R.
Arita
, and
Y.
Iwasa
,
Science
338
,
1193
1196
(
2012
).
5.
B.
Huang
,
G.
Clark
,
E.
Navarro-Moratalla
,
D. R.
Klein
,
R.
Cheng
,
K. L.
Seyler
,
D.
Zhong
,
E.
Schmidgall
,
M. A.
McGuire
,
D. H.
Cobden
,
W.
Yao
,
D.
Xiao
,
P.
Jarillo-Herrero
, and
X.
Xu
,
Nature
546
,
270
273
(
2017
).
6.
C.
Gong
,
L.
Lin
,
Z.
Li
,
H.
Ji
,
A.
Stern
,
Y.
Xia
,
T.
Cao
,
W.
Bao
,
C.
Wang
,
Y.
Wang
,
Z. Q.
Qui
,
R. J.
Cava
,
S. G.
Louie
,
J.
Xia
, and
X.
Zhang
,
Nature
546
,
265
269
(
2017
).
7.
Z.
Fei
,
T.
Palomaki
,
S.
Wu
,
W.
Zhao
,
X.
Cai
,
B.
Sun
,
P.
Nguyen
,
J.
Finney
,
X.
Xu
, and
D. H.
Cobden
,
Nat. Phys.
13
,
677
682
(
2017
).
8.
J.
Li
,
Y.
Li
,
S.
Du
,
Z.
Wang
,
B. L.
Gu
,
S. C.
Zhang
,
K.
He
,
W.
Duan
, and
Y.
Xu
,
Sci. Adv.
5
,
eaaw5685
(
2019
).
9.
D.
Graf
,
F.
Molitor
,
K.
Ensslin
,
C.
Stampfer
,
A.
Jungen
,
C.
Hierold
, and
L.
Wirtz
,
Nano. Lett.
7
,
238
242
(
2007
).
10.
S. H.
Tan
,
L. M.
Tang
, and
K. Q.
Chen
,
Curr. Appl. Phys.
14
,
1509
1513
(
2014
).
11.
C.
Tan
,
W. Q.
Xie
,
G.
Zheng
,
N.
Aloufi
,
S.
Albarakati
,
M.
Algarni
,
J.
Li
,
J.
Partride
,
D.
Culcer
,
X.
Wang
,
J. B.
Yi
,
M.
Tian
,
Y.
Xiong
,
Y. J.
Zhao
, and
L.
Wang
,
Nano. Lett.
21
,
5599
5605
(
2021
).
12.
M.
Nakano
,
Y.
Wang
,
S.
Yoshida
,
H.
Matsuoka
,
Y.
Majima
,
K.
Ikeda
,
Y.
Hirata
,
Y.
Takeda
,
H.
Wadati
,
Y.
Kohama
,
Y.
Ohigashi
,
M.
Sakano
,
K.
Ishizaka
, and
Y.
Iwasa
,
Nano Lett.
19
,
8806
8810
(
2019
).
13.
Z.
Fei
,
B.
Huang
,
P.
Malinowski
,
W.
Wang
,
T.
Song
,
J.
Sanchez
,
W.
Yao
,
D.
Xiao
,
X.
Zhu
,
A. F.
May
,
W.
Wu
,
D. H.
Cobden
,
J.-H.
Chu
, and
X.
Xu
,
Nat. Mater.
17
,
778
782
(
2018
).
14.
Y.
Deng
,
Y.
Yu
,
Y.
Song
,
J.
Zhang
,
N. Z.
Wang
,
Z.
Sun
,
Y.
Yi
,
Y. Z.
Wu
,
S.
Wu
,
J.
Zhu
,
J.
Wang
,
X. H.
Chen
, and
Y.
Zhang
,
Nature
563
,
94
99
(
2018
).
15.
H.
Wang
,
R.
Xu
,
C.
Liu
,
L.
Wang
,
Z.
Zhang
,
H.
Su
,
S.
Wang
,
Y.
Zhao
,
Z.
Liu
,
D.
Yu
,
J. W.
Mei
,
X.
Zou
, and
J. F.
Dai
,
J. Phys. Chem. Lett.
11
,
7313
7319
(
2020
).
16.
J.
Seo
,
D. Y.
Kim
,
E. S.
An
,
K.
Kim
,
G.-Y.
Kim
,
S.-Y.
Hwang
,
D. W.
Kim
,
B. G.
Jang
,
H.
Kim
,
G.
Eom
,
S. Y.
Seo
,
R.
Stania
,
M.
Muntwiler
,
J.
Lee
,
K.
Watanabe
,
T.
Taniguchi
,
Y. J.
Jo
,
J.
Lee
,
B. I.
Min
,
M. H.
Jo
,
H. W.
Yeom
,
S. Y.
Choi
,
J. H.
Shim
, and
J. S.
Kim
,
Sci. Adv.
6
,
eaay8912
(
2020
).
17.
M.
Joe
,
P. K.
Srivastava
,
H.
Ahn
, and
C.
Lee
,
J. Phys. D: Appl. Phys.
54
,
473002
(
2021
).
18.
Q.
Liu
,
J.
Xing
,
Z.
Jiamg
,
Y.
Guo
,
X.
Jiang
,
Y.
Qi
, and
J.
Zhao
,
Commun. Phys.
5
,
140
(
2022
).
19.
J.
Stahl
,
E.
Shlaen
, and
D.
Johrendt
,
Z. Anorg. Allg. Chem.
644
,
1923
1929
(
2018
).
20.
A. F.
May
,
C. A.
Bridges
, and
M. A.
McGuire
,
Phys. Rev. Mater.
3
,
104401
(
2019
).
21.
A. F.
May
,
D.
Ovchinnikov
,
Q.
Zheng
,
R.
Hermann
,
S.
Calder
,
B.
Huang
,
Z.
Fei
,
Y.
Liu
,
X.
Xu
, and
M. A.
McGuire
,
ACS Nano
13
,
4436
4442
(
2019
).
22.
T.
Ohta
,
K.
Sakai
,
H.
Taniguchi
,
B.
Driesen
,
Y.
Okada
,
K.
Kobayashi
, and
Y.
Niimi
,
Appl. Phys. Express
13
,
043005
(
2020
).
23.
T.
Ohta
,
M.
Tokuda
,
S.
Iwakiri
,
K.
Sakai
,
B.
Driesen
,
Y.
Okada
,
K.
Kobayashi
, and
Y.
Niimi
,
AIP Adv.
11
,
025014
(
2021
).
24.
K.
Yamagami
,
Y.
Fujisawa
,
B.
Driesen
,
C. H.
Hsu
,
K.
Kawaguchi
,
H.
Tanaka
,
T.
Kondo
,
Y.
Zhang
,
H.
Wadati
,
K.
Araki
,
T.
Takeda
,
Y.
Takeda
,
T.
Muro
,
F. C.
Chuang
,
Y.
Niimi
,
K.
Kuroda
,
M.
Kobayashi
, and
Y.
Okada
,
Phys. Rev. B
103
,
L060403
(
2021
).
25.
K.
Yamagami
,
Y.
Fujisawa
,
M.
Pardo-Almanza
,
B. R. M.
Smith
,
K.
Sumida
,
Y.
Takeda
, and
Y.
Okada
,
Phys. Rev. B
106
,
045137
(
2022
).
26.
X.
Wu
,
L.
Lei
,
Q.
Yin
,
N. N.
Zhao
,
M.
Li
,
Z.
Wang
,
Q.
Liu
,
W.
Song
,
H.
Ma
,
P.
Ding
,
Z.
Cheng
,
K.
Liu
,
H.
Lei
, and
S.
Wang
,
Phys. Rev. B
104
,
165101
(
2021
).
27.
A. F.
May
,
M.-H.
Du
,
V. R.
Cooper
, and
M. A.
McGuire
,
Phys. Rev. Mater.
4
,
074008
(
2020
).
28.
C.
Tian
,
F.
Pan
,
S.
Xu
,
K.
Ai
,
T.
Xia
, and
P.
Cheng
,
Appl. Phys. Lett.
116
,
202402
(
2020
).
29.
A. F.
May
,
J.
Yan
,
R.
Hermann
,
M. H.
Du
, and
M. A.
McGuire
,
2D Mater.
9
,
015013
(
2022
).
30.
X.
Chen
,
Y.-T.
Shao
,
R.
Chen
,
S.
Susarla
,
T.
Hogan
,
Y.
He
,
H.
Zhang
,
S.
Wang
,
J.
Yao
,
P.
Ercius
,
D. A.
Muller
,
R.
Ramesh
, and
R. J.
Birgeneau
,
Phys. Rev. Lett.
128
,
217203
(
2022
).
31.
J.
Seo
,
E. S.
An
,
T.
Park
,
S. Y.
Hwang
,
G. Y.
Kim
,
K. S. W. S.
Noh
,
J. Y.
Kim
,
G. S.
Choi
,
M.
Choi
,
E.
Oh
,
K.
Watanabe
,
T.
Taniguch
,
J. H.
Park
,
Y. J.
Jo
,
H. W.
Yeom
,
S. Y.
Choi
,
J. H.
Shim
, and
J. S.
Kim
,
Nat. Commun.
12
,
2844
(
2021
).
32.
L.
Néel
,
Ann. Phys.
11
,
232
279
(
1936
).
33.
A.
Paduan-Filho
,
C. C.
Becerra
, and
F.
Palacio
,
Phys. Rev. B
43
,
11107
11111
(
1991
).
34.
Y.
Li
,
M.
Yang
,
D.
Yan
,
S.
Miao
,
H.
Yang
,
H. L.
Feng
, and
Y.
Shi
,
Phys. Rev. B
105
,
224429
(
2022
).
35.
Z.
Mao
,
X.
Zhan
,
J.
Zhang
, and
X.
Chen
,
J. Phys.: Conf. Ser.
1622
,
012093
(
2020
).
36.
C. C.
Becerra
,
A.
Paduan-Filho
,
F.
Palacio
, and
V. B.
Barbeta
,
J. Appl. Phys.
73
,
5491
5493
(
1993
).
37.
A.
Paduan-Filho
,
C. C.
Becerra
,
C.
Westphal
,
M.
Gabás
, and
F.
Palacio
,
J. Magn. Magn. Mater.
104–117
,
269
270
(
1992
).
38.
F.
Keffer
and
H.
Chow
,
Phys. Rev. Lett.
31
,
1061
1063
(
1973
).
39.
K. W.
Blazey
,
K. A.
Müller
,
M.
Ondris
, and
H.
Rohre
,
Phys. Rev. Lett.
24
,
105
107
(
1970
).
40.
K.
Momma
and
F.
Izumi
,
J. Appl. Crystalllogr.
44
,
1272
1276
(
2011
).
41.
H.
Chen
,
S.
Asif
,
K.
Dolui
,
Y.
Wamg
,
T.
Isaza
,
V. M. L. D. P.
Goli
,
M.
Whalen
,
X.
Wang
,
Z.
Chen
,
H.
Zhang
,
K.
Liu
,
D.
Jariwala
,
M. B.
Jungfleisch
,
C.
Chakraborty
,
A. F.
May
,
M. A.
McGuire
,
B. K.
Nikolic
,
J. Q.
Xiao
, and
J. H.
Ku
,
ACS Appl. Mater. Interfaces
15
,
3287
3296
(
2023
).

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.