Schematisk visning (vänster) av enhetens struktur, med optisk bild av CrCl 3 /Fe 3 GeTe 2 heterostruktur ovanpå Pt Hall -kontakterna som visas på insatsen. (Höger) Rxy ~ H -slingor som visar det experimentella resultatet av testerna på enhetens struktur med två typer av material - individuella Fe 3 GeTe 2 (30 nm) och CrCl 3 (15 nm)/Fe 3 GeTe 2 (30 nm) heterostruktur, båda mätt vid en temperatur av 2,5 K. Diagrammet för Fe 3 GeTe 2 (övre panelen) är symmetrisk med avseende på nollpunkten längs H-axeln. I kontrast, tomten för CrCl 3 /Fe 3 GeTe 2 heterostruktur (bottenpanel) skiftar till vänster, indikerar en utbytesfördom. Upphovsman:Nano Letters
NUS -forskare har upptäckt fenomenet utbytesbias i van der Waals CrCl 3 /Fe 3 GeTe 2 heterostrukturer. Utbytesförskjutningsfenomenet har ett antal tillämpningar i magnetiska sensorer och magnetiska läshuvuden, som inte har rapporterats i van der Waals heterostrukturer tidigare.
Utbytesförspänningseffekten manifesterar sig som en förskjutning av hystereslingan till den negativa eller positiva riktningen med avseende på det applicerade fältet. Mekanismen tillskrivs i allmänhet en enriktad fästning av en ferromagnet (FM) av en intilliggande antiferromagnet (AF). Därför, jämfört med en enda ferromagnet (fritt lager) utan en sådan enriktad fästning, ett korrekt utformat utbytesförspänt AF/FM-system (fäst lager) har en föredragen magnetiseringsriktning och ett relativt högt omkopplingsfält. Således, en enhet som består av ett fäst och ett ledigt lager, med en distans, kan fungera som en sensor för magnetfältets riktning och styrka. Enheten kommer att ha två distinkta minnestillstånd ("1" och "0") definierade av magnetiseringen i det fria lagret, antingen parallellt eller antiparallellt med det fästa lagret. En sådan anordning, välkända som spinnventiler och magnetiska tunnelkorsningar, är inbäddade i stor utsträckning i minnsteknologier som lagringsmedier, avläsningssensorer, och magnetiskt slumpmässigt åtkomstminne.
Exchange -bias -effekten har replikerats i ett brett spektrum av AF/FM -gränssnitt, till exempel, IrMn/NiFe -metallskikten i stor utsträckning används i kommersiella läshuvuden. Om dessa AF/FM -dubbellagersystem är gjorda av magnetiska van der Waals heterostrukturer som uppvisar utbytesförskjutande effekt, det kan vara fördelaktigt för enheterna att potentiellt närma sig atomtunna dimensioner och vara mer flexibla.
Ett team under ledning av prof Andrew Wee, Institutionen för fysik och centrum för avancerade 2-D-material, NUS, har upptäckt närvaron av utbytesförspänningseffekten i mekaniskt exfolierad CrCl 3 /Fe 3 GeTe 2 , en van der Waals heterostruktur. Forskarna tillverkade en testanordning genom att överföra tunna flingor av CrCl 3 och Fe 3 GeTe 2 på en SiO 2 /Si -substrat. Det uppmätta värdet för det förspända fältet för testanordningen är över 50 mT (vid en temperatur av 2,5 K). Detta är jämförbart med rapporterade värden i konventionella utbytesfördelade AF/FM metalliska flerlager. Dessutom, det förspända fältet är mycket avstämbart och kan justeras genom att ändra fältkylningsprocessen och tjockleken på heterostrukturen. Forskargruppen föreslog också en teoretisk modell som förklarar att snurrkonfigurationerna i CrCl 3 spelar en avgörande roll för utbytesförspänningseffekten i heterostrukturen.
"Vår observation är av enorm betydelse eftersom den validerar förekomsten av utbytesförspänningseffekten i ett 2-D van der Waals-gränssnitt, som tar upp en nyckelfråga i 2-D-forskarsamhället, "sade prof Wee.
Arbetet är ett samarbete med prof Zhang Wen från Northwestern Polytechnical University, Kina (en tidigare stipendiat i prof Wee's grupp) och professor Zhai Ya från Southeast University, Kina.
Nästa, teamet syftar till att införliva sådana heterostrukturer i funktionella flexibla enheter, med en kraftigt reducerad tjocklek och en ökad arbetstemperatur.
