Van der Waals (vdW) -materials ovanliga elektroniska och magnetiska egenskaper, består av många "staplade" 2-D-lager, erbjuda potential för framtida elektronik, inklusive spintronics.

I en nyligen genomförd studie FLEET -forskare vid RMIT fann att ett lovande kandidatmaterial, Fe ₃ GeTe ₂ (FGT), passar räkningen - förutsatt att den har skapats i lager med en tjocklek på bara 200 miljoner millimeter.

Detta banbrytande arbete banar väg för ett nytt forskningsfält, nämligen, vdW heterostrukturbaserad spintronics.

Tvådimensionella vdW-material är potentiella byggstenar för nya, högpresterande elektronik, elektrooptisk, och fotoniska enheter.

Dock, deras tillämpning inom spintronics har varit begränsad eftersom så få material visar de nödvändiga magnetiska egenskaperna.

För seriös övervägande inom spintronics, en vdW ferromagnetisk metall med hårda magnetiska egenskaper och en nästan kvadratisk hystereslinga är oumbärlig. Vinkelrätt magnetisk anisotropi är också gynnsam.

FLEETs RMIT-forskare utförde avvikande Hall-effektmätningar på enkristall Fe ₃ GeTe ₂ (FGT) nanoflakes, lösa de önskade magnetiska egenskaperna när provets tjocklek reducerades till mindre än 200 nm.

Forskarna motiverades att undersöka FGT:s förbättrade egenskaper vid atomtunna tjocklekar.

"FGT har länge ansetts vara en lovande vdW ferromagnetisk metall", förklarar huvudförfattaren Cheng Tan. "Men dess ferromagnetiska egenskaper (ett mycket litet MR/MS -förhållande och coercivitet vid alla temperaturer) föreslog begränsad potential som byggsten för magnetiska heterostrukturer av vdW".

Dock, dessa egenskaper är starkt beroende av tjockleksberoende domänstruktur, och molekylär stråle-epitaxy (MBE) -växt, skivor av FGT-tunna filmer har förbättrade magnetiska egenskaper.

"Så vi minskade tjockleken och fortsatte mäta, "förklarar Tan.

Halleffektmätningar på enkristall FGT-nanoflakes visade att magnetiska egenskaper är mycket beroende av tjocklek, och att genom att minska tjockleken till mindre än 200 nm, erforderliga egenskaper kan uppnås, gör vdW FGT till en ferromagnetisk metall som är lämplig för vdW heterostrukturbaserad spintronik.

Andra forskare kommer att bygga vidare på resultaten.

För att bättre identifiera andra kandidatmaterial, forskarna utvecklade en modell som kan generaliseras för vdW ferromagnetiska tunna filmer eller nanoflakes, som kommer att öppna nya forskningsvägar för dem som studerar den möjliga existensen av magnetisk koppling mellan vdW -atomlager.

"Det är spännande, banbrytande arbete, "säger forskningstemas ledare Lan Wang." Och det banar väg för ett nytt forskningsområde:vdW heterostrukturer-baserad spintronics ".

Staplade med andra vdW -nanoflakes, Fe ₃ GeTe ₂ nanoflakes kan användas i en mängd olika enheter som uppvisar jätte magnetoresistans och tunnelmagnetoresistans. Spinbana vridmoment och spinnfält effekt transistor enheter är ytterligare möjligheter.

Möjligheten finns att designa och tillverka många enheter baserade på vdW -magneter. Till exempel, magnetisering av 2-D topologiska isolatorer, eller stapling av vdW ferromagnetiska metaller för vridmomentanordningar med spinnbana.

Studien Hårda magnetiska egenskaper i nanoflake van der Waals Fe ₃ GeTe ₂ , publicerad i Naturkommunikation i april, visades upp i april Naturkommunikation Redaktörers fysik med kondenserad materia Höjdpunkter, valt av Natur redaktör Yu Gong (magnetiska material och spintronik).

Förutom Center of Excellence -finansiering från Australian Research Council, forskning stöddes av Institute for Information &Communications Technology Promotion (IITP), det grundläggande vetenskapliga forskningsprogrammet, och National Research Foundation (NRF) i Korea.

FLEET &nanofabrication

Wang, Tan och Albarakati är medlemmar i FLEET, ett australiensiskt finansierat forskningscenter som utvecklar en ny generation av ultralåg energielektronik.

FLEETs forskning ligger vid gränsen för vad som är möjligt i kondensfysik. Nanofabrication av fungerande enheter kommer att vara nyckeln till centrumets framgång, samordnas inom FLEET via möjliggörande teknik B, leds av Lan Wang och länkar vart och ett av centrets tre forskningsteman.

FLEET kombinerar australiensisk styrka inom mikro- och nanofabrikation med världsledande expertis inom van der Waals heterostrukturtillverkning för att bygga upp kapaciteten för avancerad atomtunn enhetstillverkning.

Wangs grupp på RMIT utvecklade nyligen metoder för att bygga sådana nanoskala strukturer, krävs för att uppnå noll-avledande elektrisk ström, bestående av två staplade, 2-D halvledare.

Bunden av van der Waals (vdW) krafter, och omfattar tvilling, disparat, atomtunna lager, sådana strukturer är kända som van der Waals heterostrukturer.

Dessa nanostrukturer är nyckeln till FLEETs forskningstema 1 (topologiska material) och forskningstema 2 (exciton superfluids).