Kredit:Chen et al.
Antiferromagnetiska material, material i vilka atomer är ordnade så att alla angränsande atomer är antiparallella (d.v.s. pekar i motsatt riktning) till dem, kan ha flera fördelaktiga egenskaper för utveckling av enheter. På grund av deras snabba spinndynamik och försumbara ströfält kan de vara särskilt gynnsamma för att skapa höghastighetsminnesenheter med mycket lagringskapacitet och låg strömförbrukning.
Innan detta kan hända måste dock ingenjörer effektivt detektera och kontrollera den elektriska strömmen och rotationen av moment (dvs. mått på en krafts tendens att få en kropp att rotera) i antiferromagnetiska material. Hittills har detta visat sig vara utmanande, särskilt med konventionella mätmetoder.
Forskare vid Tsinghua University, ShanghaiTech University och Beijing University of Technology har nyligen tagit fram en ny metod för att kontrollera spinnströmmen och antiferromagnetiska moment i antiferromagnetiska material. I deras uppsats, publicerad i Nature Electronics , de visade detta specifikt med hjälp av dubbelskikt (Bi,Sb)2 Te3 /α-Fe2 O3 , en struktur som innehåller en topologisk isolator och en antiferromagnetisk isolator.
"Vårt senaste arbete är baserat på en av våra tidigare artiklar, publicerade i Physical Review Letters (PRL )," sade Cheng Song, en av forskarna som genomförde studien, till TechXplore. "I PRL papper, visade vi byte av antiferromagnetiskt moment med spinnström från spin Hall-effekten. I vår nya studie ville vi visa växelverkan mellan antiferromagnetiska moment och spinnström från topologiska yttillstånd, eftersom det topologiska yttillståndet skulle vara mer effektivt vid laddning-spin-omvandling."
Kredit:Chen et al.
Song och hans kollegor visade att orienteringen av antiferromagnetiska moment i den antiferromagnetiska isolatorkomponenten i deras prov (α-Fe2 O3 ) skulle kunna modulera spinnströmsreflektionen vid gränssnittet med (Bi,Sb)2 Te3 lager. Som ett resultat kan momentrotationen i det antiferromagnetiska materialet kontrolleras via spinnströmmen, specifikt genom ett gigantiskt spin-omloppsmoment som genereras av ( Bi,Sb)2 Te3 skiktets topologiska yttillstånd.
"Spinström kan genereras via topologiska yttillstånd från topologiska isolatorer och sedan injiceras till intilliggande antiferromagnetiska isolatorer," förklarade Song. "Den effektiva spin-laddning-omvandlingen kan åstadkomma stor magnetresistansrespons (antiferromagnetstyrning av spinnström) och låg kopplingsströmtäthet (spinströmstyrning av antiferromagnet)."
I inledande experiment fann Song och hans kollegor att deras metod framgångsrikt tillät dem att kontrollera antiferromagnetiska moment i sitt materialprov. De registrerade också en mycket lovande strömtäthet (dvs. en mycket viktig parameter för utvecklingen av minnesenheter).
Kredit:Chen et al.
"Med hjälp av Sb-kompositioner ställde vi in Fermi-nivån och den resulterande magnetoresistensen vid rumstemperatur (observerad i ett mycket smalt område)," sa Song. "Sb ~0,75 motsvarar Fermi Level-lokalisering på Dirac-punkten, vilket leder till låg strömtäthet på ~10^6 A cm^-2."
Resultaten som samlats in av detta team av forskare belyser det potentiella värdet av deras tillvägagångssätt för att uppnå större kontroll över enheter baserade på antiferromagnetiska material. I framtiden hoppas de att detta kommer att bana väg mot generationen av nya nästa generations random access-minnesenheter.
"I våra nästa studier kommer vi att försöka kombinera en topologisk isolator med ett antiferromagnetiskt random access-minne," tillade Song. "Vi planerar också att möjliggöra avläsning via magnetiska tunnelövergångar och skrivning av topologiska yttillstånd." + Utforska vidare
© 2022 Science X Network
