Gate-induceret magnetisk faseovergang ved stuetemperatur realiseret i van der Waals ferromagnet nanoflakes

Ved at interkalere protoner til van der Waals ferromagnet Cr_1.2 Te₂ nanoflakes, inducerede en gruppe forskere med succes en magnetisk faseovergang ved stuetemperatur fra ferromagnetisme til antiferromagnetisme.

Samarbejdet involverede professorer fra High Magnetic Field Laboratory ved Hefei Institutes of Physical Science, Chinese Academy of Sciences (CAS), Hefei University of Technology, South China University of Technology og University of Science and Technology of China.

Forskningen blev for nylig offentliggjort på Physical Review Letters .

Styring af magnetiseringsretningen i todimensionelle ferromagneter er afgørende for udvikling af superkompakte, ikke-flygtige spintroniske enheder. I traditionelle spintroniske enheder kan magnetiseringsretningen normalt skiftes af et lokalt magnetfelt induceret af strøm eller af spinoverførselsmoment. Den høje bærertæthed i van der Waals omrejsende ferromagneter er imidlertid svær at tune, hvilket har hindret fremskridt på dette område.

I denne forskning fremstillede forskerne enkeltkrystaller af høj kvalitet og fandt, at Cr_1.2 Te₂ nanoflakes eksfolieret fra disse krystaller udviste firkantede hysterese-løkker ved stuetemperatur, hvilket bekræfter deres høje praktiske værdi.

Yderligere undersøgelse viste, at ved T=200 K er magnetismen i en 40 nm tyk Cr_1.2 Te₂ nanoflake udviste en ikke-monotonisk udvikling mod gate-spændingen. Specifikt med den unormale Hall-resistivitet først stigende og derefter faldende.

Når elektrondopingkoncentrationen n_e =3,8×10 ²¹ cm ^-3 ved V_g =-14 V, den unormale Hall-resistivitet forsvandt, hvilket afslørede en mulig magnetisk faseovergang.

Teoretisk analyse viste, at elektron-type doping kan opnås i proton-interkaleret Cr_1.2 Te₂ , og en magnetisk faseovergang fra FM til AFM kan realiseres med en kritisk dopingkoncentration på omkring 10 ²¹ cm ^-3 , hvilket stemmer overens med deres eksperimentelle observationer.

Denne FM-til-AFM faseovergang i en van der Waals-magnet ved stuetemperatur kan ifølge holdet føre til forbedrede spintroniske enheder.

Flere oplysninger: Cheng Tan et al., Room-Temperature Magnetic Phase Transition in an Electrically Tuned van der Waals Ferromagnet, Physical Review Letters (2023). DOI:10.1103/PhysRevLett.131.166703

Journaloplysninger: Physical Review Letters

Leveret af Chinese Academy of Sciences