Gate-geïnduceerde magnetische faseovergang bij kamertemperatuur gerealiseerd in ferromagneet-nanovlokken van Van der Waals

Door protonen te intercaleren in van der Waals-ferromagneet Cr_1.2Te₂ nanovlokken heeft een groep onderzoekers met succes een magnetische faseovergang bij kamertemperatuur geïnduceerd van ferromagnetisme naar antiferromagnetisme.

Bij de samenwerking waren professoren van het High Magnetic Field Laboratory van Hefei Institutes of Physical Science, Chinese Academy of Sciences (CAS), Hefei University of Technology, South China University of Technology en University of Science and Technology of China betrokken.

Het onderzoek is onlangs geweest gepubliceerd op Fysieke beoordelingsbrieven.

Het beheersen van de magnetisatierichting in tweedimensionale ferromagneten is van cruciaal belang voor de ontwikkeling van supercompacte, niet-vluchtige spintronische apparaten. In traditionele spintronische apparaten kan de richting van de magnetisatie gewoonlijk worden gewijzigd door een lokaal magnetisch veld dat wordt geïnduceerd door stroom of door een spinoverdrachtskoppel. De hoge dragerdichtheid in rondreizende ferromagneten van Van der Waals is echter moeilijk af te stemmen, wat de vooruitgang op dit gebied heeft belemmerd.

In dit onderzoek vervaardigden de onderzoekers hoogwaardige enkele kristallen en ontdekten dat Cr_1.2Te₂ nanovlokken geëxfolieerd uit deze kristallen vertoonden vierkante hysteresislussen bij kamertemperatuur, wat hun hoge praktische waarde bevestigde.

Uit verder onderzoek bleek dat bij T = 200 K het magnetisme in een 40 nm dikke Cr_1.2Te₂ nanoflake vertoonde een niet-monotone evolutie tegen de poortspanning. Concreet, waarbij de afwijkende Hall-weerstand eerst toeneemt en vervolgens afneemt.

Wanneer de elektronendoteringsconcentratie n_e=3,8×10²¹cm^-3 bij V_G=-14 V verdween de abnormale Hall-weerstand, wat een mogelijke magnetische faseovergang aan het licht bracht.

Theoretische analyse toonde aan dat dotering van het elektrontype kan worden bereikt in Cr met protonenintercalatie_1.2Te₂en een magnetische faseovergang van FM naar AFM kan worden gerealiseerd met een kritische doteringsconcentratie van ongeveer 10²¹cm^-3wat consistent is met hun experimentele waarnemingen.

Deze FM-naar-AFM-faseovergang in een van der Waals-magneet bij kamertemperatuur zou volgens het team kunnen leiden tot verbeterde spintronische apparaten.