Обједињавање Твистронике и Спинтронике за напредну електронику

Истраживачи са Универзитета Пурдуе врте двоструке двослоје антиферомагнета како би показали подесиви моире магнетизам.

Твистроницс није нови плесни покрет, опрема за вежбање или музичка мода. Не, много је хладније од свега тога. То је узбудљив нови развој у квантној физици и науци о материјалима где су ван дер Валсови материјали наслагани један на други у слојевима, попут листова папира у гомилу који се лако могу увијати и окретати док остају равни, а квантни физичари су користили ове наслагане да открију занимљиве квантне појаве.

Додавањем концепта квантног спина са уврнутим двослојевима антимагнета, могуће је имати подесиви моар магнетизам. Ово сугерише нову класу материјалних платформи за следећи корак у спинелектроници: спинтронику. Ова нова наука могла би да доведе до обећавајућих уређаја за меморију и спин логику, отварајући свет физике потпуно новом путу са апликацијама спинтронике.

Увртањем ван дер Валсових магнета могу настати нелинеарна магнетна стања са великом електричном подесивом. Заслуге: Рајан Ален, Сецонд Баи Студиос

Тим истраживача квантне физике и материјала на Универзитету Пурдуе увео је торзиону технику за контролу степена слободе ротације користећи ЦрИ.₃, ван дер Валсов (вдВ) материјал спојен на антиферомагнетни међуслој, као његов посредник. Они су објавили своја открића под насловом „Електрички подесиви моар магнетизам у уплетеним двоструким двослојевима хром тријодида“ у часопису Природна електроника.

„У овој студији смо произвели уврнути двоструки слој ЦрИ₃„То јест, двослој плус двослој са уврнутим углом између“, каже др Гуангвеи Ченг, један од водећих аутора публикације. „Извештавамо о моар магнетизму са богатим магнетним фазама и великом прилагодљивошћу електричном методом.

Супермоире структура уплетеног двоструког слоја (тДБ) ЦрИ3 и њено магнетно понашање истражено магнето-оптичким Керовим ефектом (МОКЕ). Одељак А изнад приказује шематски дијаграм валовите суперрешетке произведене увијањем међуслојева. Доњи панел: може се приказати нелинеарно магнетно кућиште. Одељак Б изнад показује да МОКЕ резултати показују коегзистенцију феромагнетних (АФМ) и феромагнетних (ФМ) редова у тДБ ЦрИ3 „моире магнету“ у поређењу са АФМ редовима у природном антиферомагнетном ЦрИ3 двослоју. Заслуге: Илустрација Гуангхуи Цхенг и Ионг П. Цхен

„Сложили смо антиферомагнет и уврнули га на себе, и добили смо феромагнет“, каже Чен. „Ово је такође упечатљив пример недавно насталог региона 'уврнутог' магнетизма или моире у 2Д уврнутим материјалима, где угао увртања између два слоја обезбеђује моћно дугме за подешавање и драматично мења својства материјала.“

„За израду уплетеног двослојног ЦрИ₃откидамо један део ЦрИ двослоја₃„Ротирајте га и сложите на други део, користећи оно што се зове техника кидања и слагања“, објашњава Ченг. „Мјерењем магнето-оптичког Керровог ефекта (МОКЕ), осјетљивог алата за испитивање магнетног понашања до неколико атомских слојева, уочили смо коегзистенцију феромагнетних и антиферомагнетних редова, што је знак моар магнетизма, и даље демонстрирали напон. Помоћни магнетно пребацивање. Такав таласни магнетизам је нови облик магнетизма који карактеришу просторно променљиве феромагнетне и антиферомагнетне фазе, које се периодично смењују у складу са моар суперрешетки.

До ове тачке, твисттроницс се углавном фокусирао на модификовање електронских својстава, као што је уврнути двослој Графен. Тим Пурдуе је желео да понуди одређени степен слободе у ротацији и одлучио је да користи ЦрИ₃, вдВ материјал у комбинацији са антимагнетним слојем. Резултат увртања наслаганих антимагнета на себи је омогућен фабриковањем узорака са различитим угловима увртања. Другим речима, када се једном произведе, угао торзије сваког уређаја постаје константан, а затим се врше МОКЕ мерења.

Теоријске прорачуне за овај експеримент извели су Упадјаја и његов тим. Ово је пружило снажну подршку запажањима Ченовог тима.

„Наши теоријски прорачуни су открили фазни дијаграм богат нелинеарним фазама ТА-1ДВ, ТА-2ДВ, ТС-2ДВ, ТС-4ДВ, итд.“, каже Упадхиаиа.

Ово истраживање је део текућег истраживања Ченовог тима. Овај рад прати неколико недавних релевантних публикација тима које се односе на нову физику и својства „2Д магнета“, као што су „Појава међуфазног феромагнетизма подесивог електричног поља у 2Д магнетним хетероструктурама“, који је недавно објављен у Натуре Цоммуницатионс. Ова истраживачка авенија има узбудљив потенцијал у области спинтронике и спинтронике.

„Идентификовани валовити магнети указују на нову класу материјалних платформи за спинтронику и магнетну електронику“, каже Чен. „Уочено магнетно пребацивање уз помоћ напона и електромагнетни ефекат могу довести до обећавајућих меморијских и спин логичких уређаја. Као нови степен слободе, овај обрт се може применити на широк спектар хомо/хетеро двослојева за вдВ магнете, отварајући могућност да се бавити се новом физиком као и апликацијама спинтронике.“

Референца: „Електрички подесиви моаре магнетизам у уплетеним двоструким двослојевима хром тријодида“ од Гуангхуи Цхенг, Мухаммад Мусхфикур Рахман, Андрес Ллацсахуанга Аллцца, Авинасх Рустаги, Ксингтао Лиу, Лина Лиу, Леи Фу, З Кеанглин З Ваху, Иангукин З. . , Прами Упадхиаиа и Ионг Пеи Цхен, 19. јуна 2023. Природна електроника.
дои: 10.1038/с41928-023-00978-0

Тим, углавном из Пурдуеа, укључује два водећа аутора са једнаким доприносом: др Гуангвеи Ченг и Мухамед Мушфикур Рахман. Ченг је био постдокторски истраживач у групи др Ионг-Пеи Цхен на Универзитету Пурдуе, а сада је асистент на Напредном институту за истраживање материјала (АИМР, где је Чен такође главни истраживач) на Универзитету Тохоку. Мухаммад Мусхфикур Рахман је докторант у групи др Прами Упадхиаиа. Цхен и Упадхиаиа су дописни аутори ове публикације и професори су на Универзитету Пурдуе. Чен је професор физике и астрономије Карл Ларк Хоровиц, професор електротехнике и рачунарства и директор Института за квантне науке и инжењерство Пурдуе. Упадхиаиа је доцент за електротехнику и рачунарство. Остали чланови тима Пурдуе су Андрес Лакахуанга Алка (докторанд), др Лина Лиу (постдок), др Ли Фу (постдок) из Ченове групе, др Авинаш Рустаги (постдок) из групе Упадхиаиа и др Ксингтао Лео. (бивши истраживач асистент у Бурке центру за нанотехнологију).

Овај рад је делимично подржан од стране Канцеларије за науку Министарства енергетике САД (ДОЕ) кроз Центар за квантне науке (КСЦ, Национални истраживачки центар за квантне информације) и Програм мултидисциплинарних универзитетских истраживачких иницијатива (МУРИ) (ФА9550-) 20- 1 -0322). Ченг и Чен су такође добили делимичну подршку од ВПИ-АИМР, ЈСПС КАКЕНХИ Басиц Сциенце А (18Х03858), Нове науке (18Х04473 и 20Х04623) и ФРиД програма Универзитета Тохоку у раним фазама истраживања.

Упадхиаиа такође признаје подршку Националне научне фондације (НСФ) (ЕЦЦС-1810494). булк црее₃ Кристале обезбеђује група Зхикианг Мао са Државног универзитета Пенсилваније уз подршку Министарства енергетике САД (ДЕ-СЦ0019068). Булк хБН кристале обезбеђују Кењи Ватанабе и Такасхи Танигуцхи са Националног института за науку о материјалима, Јапан, уз подршку ЈСПС КАКЕНХИ (бројеви грантова 20Х00354, 21Х05233 и 23Х02052) и Светски премијерски центар за међународна истраживачка иницијатива (МЕКСТВПИ). , Јапан.