Ingeniører udvikler en ny metode til at løse spintekstur af topologiske overfladetilstande ved hjælp af transportmålinger

Magnetoresistance-effekten er et materiales tendens til at ændre værdien af ​​dets elektriske modstand i et eksternt påført magnetfelt. Det er blevet bredt anvendt i sensorer og harddiskhoveder. Indtil nu, der er ikke etableret en forbindelse mellem den eksisterende magnetoresistens og spin-tekstur af spin-polariserede materialer. Forskere fra National University of Singapore (NUS) har for nylig fået et gennembrud på dette område, afslører et tæt forhold mellem spintekstur af topologiske overfladetilstande (TSS) og en ny form for magnetoresistens.

Denne grundlæggende fremgang opnås i samarbejde med forskere fra University of Missouri, Forenede Stater. Forskergruppen observerede for første gang en ny magnetoresistens i tredimensionelle (3-D) topologiske isolatorer (TI'er), som skalerer lineært med både de anvendte elektriske og magnetiske felter, og viser en tæt forbindelse til spin-teksturerne i og uden for planet af TSS. Holdets opdagelse kunne hjælpe med at løse spørgsmålet om valg af spinstrømkilde, der ofte står over for i udviklingen af ​​spintronic -enheder.

Forskerholdet, ledet af lektor Yang Hyunsoo fra Institut for Elektroteknik og Computer Engineering ved NUS Tekniske Fakultet, offentliggjort deres resultater i tidsskriftet Naturfysik .

Ny magnetoresistens fundet i 3D-TI

Opdagelsen af ​​3-D TI'er har skabt stor interesse blandt internationale forskere, som nu søger at forstå de fysiske egenskaber ved denne nye materielle tilstand og udforske dens anvendelser inden for optoelektronik og spintronik. Indtil nu, magnetoresistansen fundet i 3D-TI'er er strømuafhængig, afspejler en lineær reaktion af elektrontransport til et anvendt elektrisk felt. På samme tid, der findes en transporthindring ved påvisning af overfladeegenskaberne, på grund af det betydelige bulkbidrag, hvilket overvælder overfladereaktionerne.

"I dette arbejde, vi observerede andenordens ikke-lineær magnetoresistens i en prototypisk 3-D TI Bi2Se3 film, og viste, at det er følsomt over for TSS. I modsætning til konventionel magnetomodstand, denne nye magnetoresistens viser en lineær afhængighed af både de anvendte elektriske og magnetiske felter, "sagde Dr. He Pan, som er førsteforfatter til undersøgelsen og forskningsstipendiat ved instituttet.

Assoc Prof Yang tilføjede, "Teoretiske beregninger fra vores samarbejdspartnere fra University of Missouri afslørede, at den bilineære magnetoelektriske modstand stammer fra den spin-momentum låste TSS med sekskantet vridning. Fra perspektivet af den mikroskopiske oprindelse, det er en grundlæggende ny proces vedrørende omdannelse af en ikke -lineær spinstrøm til en ladestrøm under det eksterne magnetfelt. "

Ny teknik til at undersøge 3-D spin-tekstur

Undersøgelse af overfladespin-teksturen er af afgørende betydning for udviklingen af ​​TI-baserede spintroniske enheder. Imidlertid, den metode, der er udført til dato, er stærkt begrænset til sofistikerede værktøjer såsom fotoemissionsspektroskopi.

Den nye magnetoelektriske modstand observeret af forskergruppen giver en ny rute til at detektere 3D-spindestrukturen i TSS ved en simpel elektrisk transportmåling uden at involvere yderligere ferromagnetiske lag. Teamets undersøgelse afslørede også den sekskantede vridningseffekt i TSS, som tidligere kun kunne bestemmes ved fotoemissionsspektroskopi.

Kommenterer betydningen af ​​gennembruddet, Dr. He Pan sagde, "Vores resultater kan anvendes på udvidede familier af stærkt spin-polariserede materialer, ligesom Rashba/Dresselhaus-systemer samt todimensionale overgangsmetal-dichalcogenider med spinpolariserede tilstande. Det giver også en ny rute til at detektere 3-D spin-teksturen af ​​disse materialer ved en simpel transportmåling."

Bevæger sig fremad, Assoc Prof Yang og hans team udfører eksperimenter for at øge størrelsen af ​​den nye magnetoresistens ved at forfine TI -materialer og filmtykkelse. De planlægger også at indarbejde og teste teknologien i forskellige materialer. Teamet håber at samarbejde med branchepartnere om at udforske forskellige applikationer med den nye magnetoresistens.