(a) Schematisk beskrivning av den solida protonfälteffekttransistorn. (b, c) Optiska och atomära kraftmikroskopbilder av heterostrukturanordningar. (d, e) Gate-beroende utbytesbiaseffekter vid T =30 respektive 40 K. (f, g) Amplituder för utbytesförspänningseffekterna under olika grindspänningar vid T =30 respektive 40 K. Kredit:Zheng Guolin
Van der Waals (vdW) ferromagneter är byggstenarna i vdW heterostrukturenheter som vdW ferromagnetiska (FM)-antiferromagnetiska (AFM) heterostrukturer och vdW FM-ferroelektriska heterostrukturer. Dessa vdW-heterostrukturenheter har väckt stor uppmärksamhet på grund av deras lovande tillämpningar inom modern spintronik.
Gränssnittskopplingen av en vdW-heterostruktur är dock svag på grund av det stora vdW-gapet, vilket hindrar utvecklingen av detta växande område. Att förstå hur man elektriskt ställer in gränssnittskopplingen i vdW-heterostrukturenheten är fortfarande svåröverskådlig.
Nyligen har professor Zheng Guolin från High Magnetic field laboratory vid Hefei Institutes of Physical Science vid den kinesiska vetenskapsakademin (CAS), i samarbete med professor Lan Wang från Royal Melbourne Institute of Technology University, experimentellt studerat gränssnittskopplingen i FePS3 -Fe5 GeTe2 van der Waals heterostrukturer via protoninterkalationer.
Detta är första gången forskare upptäckte att den gränssnittskopplingsinducerade utbytesbiaseffekten kan styras elektriskt via gate-inducerade protoninterkalationer, vilket ger ett lovande sätt att manipulera gränssnittskopplingen i många fler vdW-heterostrukturer.
Resultaten publicerades nyligen i Nano Letters .
I denna forskning tillverkade teamet FePS3 -Fe5 GeTe2 vdW heterostrukturenheter (med tjockleken på FM-skiktet Fe5 GeTe2 mellan 12-18 nm) och visade att de svaga utbytesbiaseffekterna under 20 K utvecklades på grund av den magnetiska gränssnittskopplingen.
Men när de placerade heterostrukturenheterna på de solida protonledarna, ökades blockeringstemperaturen (där utbytesförspänningseffekten försvann) upp till 60 K. Dessutom kan den observerade utbytesbiaseffekten kopplas elektriskt "PÅ" och "AV" på grund av interkalationer eller de-interkaleringar av protonerna under en gate-spänning.
Intressant nog är de magnetiska egenskaperna hos den översta Fe3 GeTe2 skikt – inklusive koercitivitet, onormal Hall-resistivitet och Curie-temperatur – förändrades inte under hela gatingprocessen, vilket avslöjar att protoninterkalationen har en mycket begränsad inverkan på FM-skiktet.
Ytterligare teoretiska beräkningar baserade på densitetsfunktionella teorin visade att protoninterkalationerna huvudsakligen påverkade den magnetiska kopplingen vid gränssnittet såväl som de magnetiska konfigurationerna i AFM-skiktet, vilket ledde till en gate-tunerbar utbytesbiaseffekt. + Utforska vidare
