Översikt över MR-effekten i FGT/grafit/FGT-heterostrukturer. (A) Optiska och AFM-bilder av en FGT/grafit/FGT-heterostruktur. Enhetsnumret är FPC3. Skala staplar, 5 μm. Regionerna omgivna av den blå linjen, röd tråd, och gul linje representerar det översta FGT-lagret, grafitskikt, och nedre FGT-skiktet, respektive. (B) Schematiskt diagram för transportbeteendet för en typisk GMR-effekt. (C) Fältberoende Rxx- och Rxy-mätningar av en FGT/grafit/FGT-heterostruktur (prov FPC3) vid 50 K. En slinga omgiven av en mörkblå streckad linje visas i Rxx(B)-kurvan. (D) ΔRxx/Rxx-värden för prover med olika tjocklekar av grafitskiktet. Alla data är beräknade för mätningar vid 50 K. Felstaplarna kommer från ljudet från mätningen. Kreditera: Vetenskapens framsteg (2019). DOI:10.1126/sciadv.aaw0409
Ett teoretiskt-experimentellt samarbete mellan två FLEET-noder har upptäckt nya magnetiska egenskaper inom 2D-strukturer, med spännande potential för forskare inom det framväxande området spintronics.
Spintronic-enheter använder en kvantegenskap som kallas spin, utöver den elektroniska laddningen av konventionell elektronik. Spintronics lovar därför ultrahöghastighets-lågenergielektronik med avsevärt förbättrad funktionalitet.
RMIT–UNSW-studien upptäckte aldrig tidigare skådade magnetiska egenskaper i enheter som kallas vdW-heterostrukturer som omfattar flera lager av nya, 2D-material. De senaste resultaten visar att vdW spintronics kan ge enheter med mer funktionalitet, jämföra med de traditionella spintroniska metoderna. Ytterligare forskning kan generera enheter med betydande industriella tillämpningar.
Tvådimensionella (2-D) ferromagnetiska van der Waals (vdW) material har nyligen dykt upp som effektiva byggstenar för en ny generation av spintroniska enheter. När skiktad med icke-magnetiska vdW-material, såsom grafen och/eller topologiska isolatorer, vdW-heterostrukturer kan sättas ihop för att tillhandahålla annars ouppnåeliga enhetsstrukturer och -funktioner.
Forskarna studerade 2-D Fe 3 GeTe 2 (FGT), en metall som visat sig visa lovande ferromagnetiska egenskaper för spintroniska enheter i en tidigare FLEET-studie. "Vi upptäckte ett tidigare osynligt sätt av jättemagneto-resistens (GMR) i materialet, säger FLEET Ph.D. och studie medförfattare Sultan Albarakati.
Till skillnad från den konventionella, tidigare kända två GMR-tillstånd (dvs. hög resistans och låg resistans) som förekommer i tunnfilmsheterostrukturer, forskarna mätte också antisymmetrisk GMR med ytterligare, distinkt mellanliggande motståndstillstånd.
"Detta avslöjar att vdW ferromagnetiska heterostrukturer uppvisar väsentligt olika egenskaper från liknande strukturer, " säger Sultan. Detta överraskande resultat strider mot tidigare uppfattningar om GMR. Det tyder på olika underliggande fysiska mekanismer i vdW-heterostrukturer med potential för förbättrad magnetisk informationslagring.
Teoretiska beräkningar indikerar att de tre motståndsnivåerna är resultatet av spin-momentum-låsning inducerad spin-polariserad ström vid grafit/FGT-gränssnittet. "Detta arbete har stort intresse för forskare inom 2D-material, spintronik, och magnetism, " säger medförfattaren FLEET Ph.D. Cheng Tan. "Det betyder att traditionella tunneldrivande magnetomotståndsenheter, spin-orbit vridmomentenheter och spin-transistorer kan belöna omundersökta med liknande vdW-heterostrukturer för att avslöja liknande överraskande egenskaper."
Studien, "Antisymmetrisk jättemagnetoresistans i van der Waals Fe 3 GeTe 2 /grafit/Fe 3 GeTe 2 trelagers heterostrukturer, " publicerades i Vetenskapens framsteg den här månaden.
Experimentets detaljerade elektrontransportmätningar utfördes av ett samarbete mellan forskare under ledning av FLEET CI Prof Lan Wang (RMIT) och FLEET vice direktör Prof Alex Hamilton (UNSW), med hjälp av heterostrukturer och enheter tillverkade av prof Wangs team vid RMIT.
