Elektrisch gestuurd exchange-bias effect ontdekt in magnetische van der Waals heterostructuren

Van der Waals (vdW) ferromagneten zijn de bouwstenen van vdW heterostructuur apparaten zoals vdW ferromagnetische (FM)-antiferromagnetische (AFM) heterostructuren en vdW FM-ferro-elektrische heterostructuren. Deze vdW heterostructuur apparaten hebben veel aandacht getrokken vanwege hun veelbelovende toepassingen in moderne spintronica.

De interfacekoppeling van een vdW-heterostructuur is echter zwak vanwege de grote vdW-kloof, die de ontwikkeling van dit snelgroeiende gebied belemmert. Begrijpen hoe de interfacekoppeling in een vdW-heterostructuurapparaat elektrisch kan worden afgesteld, blijft ongrijpbaar.

Onlangs heeft professor Zheng Guolin van het High Magnetic Field Laboratory van de Hefei Institutes of Physical Science van de Chinese Academy of Sciences (CAS), in samenwerking met professor Lan Wang van de Royal Melbourne Institute of Technology University, experimenteel de interfacekoppeling in FePS bestudeerd.₃-Fe₅GeTe₂ van der Waals heterostructuren via protonintercalaties.

Dit is de eerste keer dat wetenschappers ontdekten dat het interfacekoppeling-geïnduceerde uitwisselingsbias elektrisch kan worden gecontroleerd via gate-geïnduceerde proton-intercalaties, die een veelbelovende manier bieden om de interfacekoppeling in veel meer vdW-heterostructuren te manipuleren.

De resultaten zijn onlangs gepubliceerd in Nano-letters.

In dit onderzoek heeft het team FePS . gefabriceerd₃-Fe₅GeTe₂ vdW heterostructuur apparaten (met de dikte van FM-laag Fe₅GeTe₂ tussen 12-18 nm) en toonde aan dat de zwakke uitwisselingsbiaseffecten onder 20 K zich ontwikkelden als gevolg van de magnetische interfacekoppeling.

Toen ze echter de heterostructuurapparaten op de massieve protongeleiders plaatsten, werd de blokkeringstemperatuur (waar het uitwisselingsvoorspanningseffect verdween) verhoogd tot 60 K. Bovendien kan het waargenomen uitwisselingsvoorspanningseffect elektrisch “AAN” en “UIT” worden geschakeld. vanwege de intercalaties of de-intercalaties van de protonen onder een poortspanning.

Interessant is dat de magnetische eigenschappen van de bovenste Fe₃GeTe₂ laag – inclusief coërciviteit, afwijkende Hall-weerstand en Curie-temperatuur – veranderde niet tijdens het hele poortproces, waaruit blijkt dat de protonintercalatie een zeer beperkte impact heeft op de FM-laag.

Verdere theoretische berekeningen op basis van de dichtheidsfunctionaaltheorie toonden aan dat de protonintercalaties voornamelijk de magnetische koppeling aan het grensvlak en de magnetische configuraties in de AFM-laag beïnvloedden, wat leidde tot een gate-afstembare uitwisselingsbiaseffect.