En ny metode til at kontrollere spinstrømmen og momentrotationen i antiferromagnetiske isolatorer

Antiferromagnetiske materialer, materialer, hvori atomer er arrangeret således, at alle naboatomer er anti-parallelle (dvs. peger i den modsatte retning) til dem, kan have flere fordelagtige egenskaber til udvikling af enheder. På grund af deres hurtige spin-dynamik og ubetydelige strøfelter, kunne de være særligt gunstige til at skabe højhastighedshukommelsesenheder med stor lagerkapacitet og lavt strømforbrug.

Før dette kan ske, skal ingeniører imidlertid være i stand til effektivt at detektere og kontrollere den elektriske strøm og rotation af momenter (dvs. mål for en krafts tendens til at få et legeme til at rotere) i antiferromagnetiske materialer. Indtil videre har dette vist sig at være udfordrende, især ved brug af konventionelle målemetoder.

Forskere ved Tsinghua University, ShanghaiTech University og Beijing University of Technology har for nylig udtænkt en ny metode til at kontrollere spinstrømmen og antiferromagnetiske momenter i antiferromagnetiske materialer. I deres papir, udgivet i Nature Electronics , demonstrerede de dette specifikt ved hjælp af dobbeltlag (Bi,Sb)₂ Te₃ /α-Fe₂ O₃ , en struktur, der indeholder en topologisk isolator og en antiferromagnetisk isolator.

"Vores seneste arbejde er baseret på et af vores tidligere artikler, offentliggjort i Physical Review Letters (PRL )," fortalte Cheng Song, en af ​​forskerne, der udførte undersøgelsen, til TechXplore. "I PRL papir, demonstrerede vi at skifte antiferromagnetisk moment med spinstrøm fra spin Hall-effekten. I vores nye undersøgelse ønskede vi at vise interaktionen mellem antiferromagnetiske momenter og spinstrøm fra topologiske overfladetilstande, da den topologiske overfladetilstand ville være mere effektiv i ladning-spin-konvertering."

Song og hans kolleger viste, at orienteringen af ​​antiferromagnetiske momenter i den antiferromagnetiske isolatorkomponent af deres prøve (α-Fe₂ O₃ ) kunne modulere spinstrømreflektionen ved grænsefladen med (Bi,Sb)₂ Te₃ lag. Som et resultat heraf kunne momentrotationen i det antiferromagnetiske materiale styres via spinstrømmen, specifikt gennem et kæmpe spin-orbit toque, der genereres af ( Bi,Sb)₂ Te₃ lagets topologiske overfladetilstand.

"Spinstrøm kan genereres via topologiske overfladetilstande fra topologiske isolatorer, og derefter injiceres til tilstødende antiferromagnetiske isolatorer," forklarede Song. "Den effektive spin-ladningskonvertering kan medføre stor magnetoresistensrespons (antiferromagnetstyring af spinstrøm) og lav koblingsstrømtæthed (spinstrømstyring af antiferromagnet)."

I indledende eksperimenter fandt Song og hans kolleger ud af, at deres metode med succes tillod dem at kontrollere antiferromagnetiske momenter i deres materialeprøve. De registrerede også en meget lovende skiftestrømtæthed (dvs. en meget vigtig parameter for udviklingen af ​​hukommelsesenheder).

"Ved at bruge Sb-kompositioner tunede vi Fermi-niveauet og den resulterende magnetoresistens ved stuetemperatur (observeret i et meget snævert område)," sagde Song. "Sb ~0,75 svarer til Fermi Level-placering på Dirac-punktet, hvilket fører til lav koblingsstrømtæthed på ~10^6 A cm^-2."

Resultaterne indsamlet af dette team af forskere fremhæver den potentielle værdi af deres tilgang til at opnå større kontrol over enheder baseret på antiferromagnetiske materialer. I fremtiden håber de, at dette vil bane vejen mod generationen af ​​nye næste generations random access memory-enheder.

"I vores næste undersøgelser vil vi forsøge at kombinere en topologisk isolator med en antiferromagnetisk random access memory," tilføjede Song. "Vi planlægger også at muliggøre læsning via magnetiske tunnelforbindelser og skrivning ved topologiske overfladetilstande." + Udforsk yderligere

Antiferromagnetiske hybrider opnår vigtig funktionalitet til spintroniske applikationer

© 2022 Science X Network