Kristallstruktur, visar järnatomer (röda) i tantal-sulfidstruktur. Kredit:FLEET
Magnetisk-spin-interaktioner som tillåter spin-manipulation genom elektrisk kontroll tillåter potentiella tillämpningar i energieffektiva spintronic-enheter.
Ett antisymmetriskt utbyte känt som Dzyaloshinskii-Moriya-interaktioner (DMI) är avgörande för att bilda olika kirala spinnstrukturer, som skyrmions, och tillåter deras potentiella tillämpning i energieffektiva spintroniska enheter.
Publicerad denna vecka, ett samarbete mellan Kina och Australien har för första gången visat att DMI kan induceras i ett skiktat material tantalsulfid (TaS) 2 ) genom att interkalera järnatomer, och kan ytterligare ställas in genom gate-inducerad protoninterkalering.
Söker efter skiktade material som har kirala spinnstrukturer, som skyrmions, chiral domänväggar är avgörande för ytterligare lågenerginanoenheter, eftersom dessa kirala spinntexturer är byggstenar för topologiska spintroniska enheter och kan drivas av ultralåg strömtäthet.
Rent generellt, kirala spinnstrukturer stabiliseras av DMI. Därför, Att introducera och kontrollera DMI i material är nyckeln för att söka och manipulera de kirala spinntexturerna.
"Tantalsulfid är en av den stora familjen av övergångsmetalldikalkogenider (TMDC) som undersökts av FLEET för lågenergitillämpningar, " säger studiens första författare, FLEET-forskare Dr. Guolin Zheng (RMIT).
Hall-bar enhet på solid protonledare, används för att mäta Hall-resistivitet under olika förhållanden. Kredit:FLEET
Teamet förverkligade först framgångsrikt en betydande DMI i det skiktade materialet tantalsulfid (TaS) 2 ) genom att interkalera Fe-atomer.
Dock, att elektriskt styra DMI visar sig vara utmanande:
"Båda konventionella elektriska fältgrindar, och den allmänt använda alternativa tekniken för jon-vätska (Li + ) gating har träffat stötestenar i den elektriska styrningen av DMI i ambulerande ferromagneter, eftersom det elektriska fältet och Li + kan bara modulera bärarna nära ytan, " förklarar Guolin.
För att ta itu med denna begränsning vid justering av DMI, gruppen på RMIT utvecklade nyligen en ny protonisk grindteknik, och framgångsrikt illustrerat att DMI kan kontrolleras dramatiskt av gate-inducerade protoninterkalationer.
Genom att öka interkaleringen av protoner med grindspänning, teamet kunde avsevärt ändra bärardensiteten och ytterligare ställa in DMI via Ruderman-Kittel-Kasuya-Yosida (RKKY) mekanismen, som hänvisar till kopplingen av kärnmagnetiska moment.
Kredit:FLEET
"Den observerade topologiska Hall-resistiviteten efter protoninterkalering har ökats mer än fyra gånger under några få volt, indikerar en enorm ökning av DMI, säger medförfattaren A/Prof Lan Wang (även på RMIT).
"Den framgångsrika inställningen av DMI i kiral magnet Fe-interkalerad TaS 2 genom protonisk gate möjliggör en elektrisk kontroll av de kirala spinntexturerna såväl som de potentiella tillämpningarna i energieffektiva spintroniska enheter, " säger medförfattaren Prof Mingliang Tian, som är en FLEET-partnerutredare och direktör för centrets partnerorganisation High Magnetic Field Laboratory (Anhui-provinsen, Kina).
"Skräddarsy Dzyaloshinskii-Moriya-interaktion i en övergångsmetalldikalkogenid genom dubbel-interkalering" publicerades i Naturkommunikation i juni 2021.
