Van der Waals krydsspindventiler uden afstandsstykke

Det grundlæggende princip for en centrifugeringsventil er, at modstanden er afhængig af parallelle eller antiparallelle konfigurationer af de to ferromagnetiske elektroder, dermed forbinder magnetoresistance (MR) effekten, hvis grundstruktur består af to ferromagnetiske metaller afkoblet ved indsættelse af et ikke-magnetisk afstandsstykke. MR-effekten i en sådan sandwich-struktur er grundstenen i magnetisk sensing, data opbevaring, og behandlingsteknologier, hvilket er bedst repræsenteret ved udviklingen af ​​informationsindustrien for gigantisk magnetoresistance (GMR) og tunneling magnetoresistance (TMR) i løbet af de sidste to årtier.

Den fysiske mekanisme, der ligger til grund for GMR- og TMR-virkningerne, skyldes elektrontransport domineret enten af ​​spinafhængig spredning eller af sandsynlighed for spin-tunneling, henholdsvis. For at producere mærkbar MR -effekt, elektronernes spin -moment skal opretholdes på tværs af afstandsstykkelaget og grænsefladerne, hvilket er det centrale problem for spintronics. Dermed, en enorm indsats er blevet brugt på at optimere afstandsstykkelaget og til at forfølge elektroniske grænseflader af høj kvalitet mellem de ferromagnetiske lag og afstandsstykkelaget.

I denne sammenhæng, todimensionelle (2-D) van der Waals (vdW) lagdelte materialer-især nye 2-D magnetiske materialer-har givet forskere en anden alsidig måde at tackle sådanne forhindringer på i traditionelle magnetiske flerlagssystemer. I særdeleshed, homo- eller hetero-kryds, der inkorporerer disse vdW-materialer uden direkte kemisk binding, undgå den tilhørende blandingseffekt og defektinducerede mellemrumstilstande, kan vise ydeevne, der overstiger den for kovalent bundne magnetiske flerlag.

En forskningsgruppe ledet af prof. Kaiyou Wang fra State Key Laboratory for Superlattices and Microstructures, Institute of Semiconductors, Det Kinesiske Videnskabsakademi, samarbejde med prof. Kai Chang og prof. Zhongming Wei, har for nylig rapporteret om fremstilling af centrifugeringsventiler uden afstandsstykker ved hjælp af vdW homo-junctions, hvor eksfolieret Fe ₃ GeTe ₂ nanoflakes fungerer som ferromagnetiske elektroder og/eller mellemlag. De demonstrerede lærebogsadfærden for to-staters og tre-staters MR for enheder med to og tre Fe ₃ GeTe ₂ nanoflakes med forskellige tvangsfelter, henholdsvis. Interessant nok, de helt metalliske centrifugeringsventiler udviser små produkter med modstandsområde (~ 10 ^-4 Ω* cm ² ) og lave driftstrømstætheder (ned til 5 nA), og de besidder lodrette to-terminal opsætninger, som alle er ejendomme af stor interesse for fremtidige spintronics -applikationer. Dette arbejde viser, at to ferromagnetiske lag uden et afstandsstykke er tilstrækkelige til at opnå den klassiske spin-ventil-effekt, og det viser vdW -grænsefladernes overlegenhed.