Brug af protoner til at tune mellemlagskræfter i van der Waals materialer

Et kinesisk-australsk samarbejde har for første gang vist, at mellemlagskobling i et van der Waals (vdW) materiale i vid udstrækning kan moduleres af en protonisk gate, som injicerer protoner til enheder fra et ionisk fast stof.

Opdagelsen åbner vejen til spændende nye anvendelser af vdW -materialer, med indsættelse af protoner en vigtig ny teknik, nu tilgængelig for det bredere 2-D materialeforskningssamfund.

Undersøgelsen blev ledet af FLEET-forskere ved RMIT, i et løbende samarbejde med FLEET partnerorganisation High Magnetic Field Laboratory, Det kinesiske videnskabsakademi (CAS).

Afstemning af mellemlagskræfter i van der Waals materialer

Van der Waals materialer, hvoraf grafit er den mest berømte, er lavet af mange 2-D lag holdt sammen af ​​svage, elektrostatiske kræfter.

Individuelle lag af vdW -materialer kan isoleres individuelt, såsom den berømte Scotch tape -metode til fremstilling af grafen, eller stablet med andre materialer for at danne nye strukturer.

"Men de samme svage mellemlagskræfter, der gør vdW-materialer så lette at adskille, begrænser også disse materialers anvendelse i fremtidens teknologi, " forklarer undersøgelsens første forfatter, FLEET-forsker Dr. Guolin Zheng.

Stærkere mellemlagskobling i vdW-materialer vil betydeligt øge den potentielle brug i højtemperatur-enheder, der udnytter kvanteanomal Hall-effekt, og i 2-D multiferroics.

Den nye RMIT-ledede undersøgelse viste, at kobling i et vdW-materiale, Fe ₃ GeTe ₂ (FGT) nanoflager, kan i høj grad moduleres af en protonisk gate.

Med stigningen af ​​protonerne mellem lag, mellemlagets magnetiske kobling øges.

"Mest slående, med flere protoner indsat i FGT nanoflakes ved en højere gate-spænding, vi observerede en sjældent set nulfelt afkølet udvekslingsbias med meget store værdier, " siger medforfatter A/Prof Lan Wang.

Den vellykkede realisering af både feltkølet og nulfeltkølet udvekslingsbias i FGT indebærer, at mellemlagskoblingen stort set kan moduleres ved gate-induceret protonindsættelse, åbner vejen for mange anvendelser af vdW-materialer, der kræver stærk grænsefladekobling.

"Gate-tuned interlayer kobling i van der Waals Ferromagnet Fe ₃ GeTe ₂ Nanoflakes" blev offentliggjort i APS Fysiske anmeldelsesbreve i juli 2020.