Elektrisk styret udvekslings-bias effekt opdaget i magnetiske van der Waals heterostrukturer

Van der Waals (vdW) ferromagneter er byggestenene i vdW heterostrukturenheder såsom vdW ferromagnetiske (FM)-antiferromagnetiske (AFM) heterostrukturer og vdW FM-ferroelektriske heterostrukturer. Disse vdW-heterostrukturenheder har tiltrukket sig meget opmærksomhed på grund af deres lovende anvendelser i moderne spintronics.

Imidlertid er grænsefladekoblingen af ​​en vdW-heterostruktur svag på grund af det store vdW-gab, som hæmmer udviklingen af ​​dette spirende område. Forståelse af, hvordan man elektrisk tuner grænsefladekoblingen i vdW-heterostrukturenheden er stadig uhåndgribelig.

For nylig har professor Zheng Guolin fra High Magnetic field laboratory ved Hefei Institutes of Physical Science ved det kinesiske videnskabsakademi (CAS), i samarbejde med professor Lan Wang fra Royal Melbourne Institute of Technology University, eksperimentelt studeret grænsefladekoblingen i FePS₃ -Fe₅ GeTe₂ van der Waals heterostrukturer via protoninterkalationer.

Dette er første gang, videnskabsmænd opdagede, at den grænsefladekoblingsinducerede udvekslingsbiaseffekt kan styres elektrisk via gate-inducerede protoninterkalationer, som giver en lovende måde at manipulere grænsefladekoblingen i mange flere vdW-heterostrukturer.

Resultaterne blev for nylig offentliggjort i Nano Letters .

I denne forskning fremstillede holdet FePS₃ -Fe₅ GeTe₂ vdW heterostrukturenheder (med tykkelsen af ​​FM-laget Fe₅ GeTe₂ mellem 12-18 nm) og viste, at de svage udvekslingsbias-effekter under 20 K udviklede sig på grund af den magnetiske grænsefladekobling.

Men når de satte heterostrukturenhederne på de faste protonledere, blev blokeringstemperaturen (hvor udvekslingsbiaseffekten forsvandt) forstærket op til 60 K. Desuden kan den observerede udvekslingsbiaseffekt kobles elektrisk "ON" og "OFF" på grund af interkalationer eller de-interkalationer af protonerne under en gate-spænding.

Interessant nok er de magnetiske egenskaber af den øverste Fe₃ GeTe₂ lag – inklusive koercitivitet, unormal Hall-resistivitet og Curie-temperatur – ændrede sig ikke under hele gating-processen, hvilket afslører, at protoninterkalationen har en meget begrænset indflydelse på FM-laget.

Yderligere teoretiske beregninger baseret på tæthedsfunktionel teori viste, at protoninterkalationerne hovedsageligt påvirkede den magnetiske kobling ved grænsefladen såvel som de magnetiske konfigurationer i AFM-laget, hvilket førte til en gate-tunerbar udvekslingsbiaseffekt. + Udforsk yderligere

Manipulering af magnetisk mellemlagskobling i van der Waals heterostrukturer