近年来，开发自旋电子器件在科技领域的应用作为一个重要研究方向在国际上备受关注。自旋电子学技术通过调控与操纵电子的自旋和磁矩，实现逻辑运算、数据存储、磁性传感等功能，是新一代计算芯片、高速存储芯片以及精密磁传感器的核心技术。相比于传统的微电子器件，基于自旋电子学技术的自旋电子器件能耗更低、工作速度更快。氢能作为纯绿色无污染的新能源拥有广阔的应用前景，已被世界上许多国家纳入能源储备战略计划。但氢气爆炸极限很低，需要高灵敏度氢气检测器，而本研究则为探索基于新型自旋电子器件制备高灵敏度氢气检测器提供了新的思路。

新材料与新能源学院安红雨副教授团队研究发现Pd/TmIG（Tm₃Fe₅O₁₂）异质结中的拓扑霍尔效应THE(Topological hall effect)可以通过Pd中氢气的吸附/解吸进行可逆控制，而且THE电阻率的可调性达到100%。此外，通过进一步制备Pd/W/TmIG三层异质结发现，即使W层厚度只有1nm，通入氢气也不会改变W/TmIG的THE，这表明W/TmIG产生的DMI是THE产生的主要原因，界面的净自旋流积累对THE没有影响。研究进一步发现，在Pd/Cu/TmIG异质结中，Cu作为自旋轨道耦合作用弱的轻金属，也可以产生足够的界面DMI来诱导THE。本研究实现了用氢气精确操控自旋电子器件中的THE，为探索基于新型自旋电子器件制备高灵敏度氢气检测器提供了新的思路。

该研究成果以Reversible manipulation of the topological Hall effect by hydrogen（氢气对拓扑霍尔效应的可逆操纵）为题发表在国际学术期刊Physical Review B上。硕士研究生刘琳为该论文的第一作者，深圳技术大学新材料与新能源学院安红雨副教授为论文通讯作者，林涛副教授、仇明侠副教授、李顺朴教授为共同作者。本研究得到了国家自然科学基金项目、广东省基础与应用基础研究基金项目的资助与支持。

论文链接： https://journals.aps.org/prb/abstract/10.1103/PhysRevB.108.024422

图1. (a) 氢气吸附和解吸可逆操纵Pd/TmIG异质结中的拓扑霍尔效应示意图；(b) Pd (2nm)/TmIG (3nm)异质结的霍尔电阻率ρ_xy随氢气浓度变化的对比。